摘要：随着技术的发展，人们对检测技术的要求也越来越高，MEMS技术也正成为现代传感器研究领域的热点。其中作为传感器重要分支的气体传感器借助于MEMS工艺的发展在近年来也有了非常迅速的发展，基于MEMS工艺的气体传感器具备体积小、功耗低、响应时间短、灵敏度高、重复性好等优点。本文在研究In-Nb复合半导体敏感材料的MEMS结构氯气传感器气敏机理、制备工艺的基础上，结合热传学理论和热应力学理论，使用ANSYS对所传感器元件进行了温度场分析和热应力分析，对Pt加热电极进行了优化设计。

本文研究了In-Nb复合半导体气敏材料的气敏机理，当In-Nb复合半导体材料被置于氯气气氛中，由于半导体表面与氯气分子发生吸附作用，使得半导体电阻率发生变化，氯气浓度越大，电阻率变化越剧烈。通过化学共沉积法和溶胶-凝胶法可以制备膜质结实、颗粒均匀的敏感材料。

只要有温差的地方，热量都会从温度高的地方向温度低的地方转移，转移方式分为导热、对流和热辐射三种方式。通过研究热传学理论，可以更好地理解Pt发热电极的发热机制，便于控制器件的功耗，发热电极的温度。

本文通过ANSYS分析了In-Nb复合半导体敏感材料传感器的温度场分布和热应力，指导试验中对器件结构的图形设计和膜层厚度设计，可以为In-Nb复合半导体敏感材料传感器的批量化生产和实用化带来一定的促进作用。

关键词：MEMS；氯气传感器；有限元；ANSYS；热应力

目录

1       绪论... 3

1.1.       课题背景... 3

1.2.       课题研究目的及意义... 4

1.3.       国内外研究发展状况... 5

1.4.       课题来源及论文研究内容... 9

2       In-Nb复合氧化物半导体氯气传感器的原理与制备方法... 10

2.1        复合氧化物氯气传感器的气敏机理... 10

2.2        In-Nb纳米复合敏感材料的性质和应用... 13

2.3        In-Nb纳米复合敏感材料的合成... 15

2.4        电阻型半导体氯气传感器的制作... 16

2.5        In-Nb复合氧化物半导体氯气传感器的性能测试... 21

3       基于ANSYS的微电极结构单元热应力分析... 23

3.1        微电极结构单元设计... 23

3.2        微电极周围温度场计算... 25

3.3        基于ANSYS的微电极温度场模拟计算... 31

3.4        微电极热应力分析... 39

4       微电极结构设计与优化... 42

4.1        微电极结构热场分析... 42

4.2        微电极结构热应力分析... 43

4.3        微电极结构优化... 45

5       结论... 48

参考文献... 49

致谢：... 52