Abstract
This paper describes the fabrication of a four element gas sensor array for monitoring air pollutants, namely CO, CO2, NO2, and SO2. The four micro-heaters share a single suspended SiO2 diaphragm, utilizing thermal proximity to achieve low power consumption (~10 mW for 300 °C). Plasma enhanced chemical vapour deposition SiO2 diaphragm is demonstrated to give higher yield compared with thermally grown SiO2. Sensor array elements are fabricated by customizing each element to sense a specific gas, using different sensing materials. Optimized thin films of ZnO, BaTiO3-CuO doped with 1% Ag, WO3, and V2O5 are used for selective sensing of CO, CO2, NO2, and SO2. Four sensors can be independently controlled to operate at different temperatures to get high selectivity for test gases. The sensor array is packaged on Kovar header, and then characterized for gas sensing. It is demonstrated that the sensors exhibit good sensitivity and selectivity. We report a maximum repeatable response to CO (~78.3% for 4.75 ppm), CO2 (~65% for 900 ppm), NO2 (~1948.8% for 0.9 ppm), and SO2 (~77% for 3 ppm) at operating temperatures of 330 °C, 298 °C, 150 °C, and 405 °C, respectively
چکیده
این مقاله به تشریح روش ساخت یک آرایه سنسور گاز چهار المانی برای مانیتورینگ آلاینده‌های هوا، شامل CO, CO2, NO2, و SO2 می‌پردازد. چهار میکروهیتر از یک دیافراگم معلق SiO2 به صورت مشترک استفاده کرده و از تقریب گرمایی نیز برای کاهش مصرف توان استفاده می‌کنند (∼10 mW برای 300 °C). دیافراگم بخار شیمیایی SiO2 با پلاسمای تقویت شده نیز برای رسیدن به نتیجه بهتر در مقایسه با دیافراگم SiO2 ی تقویت شده به صورت حرارتی، در این مقاله معرفی شده است. المان‌های آرایه سنسور با تخصیص هر یک از المان‌ها برای حسگری یک گاز خاص، با استفاده از مواد حسگری مختلف، ساخته می‌شود. فیلم‌های نازک بهینه‌سازی شده ZnO, BaTiO3-CuO با ناخالصی 1% Ag WO3, و V2O5 برای انتخاب حسگری هر یک از گازهای CO, CO2, NO2, و SO2 به کار رفته‌اند. چهار سنسور را می‌توان به صورت مستقل از هم طوری کنترل نمود که در دماهای مختلف عمل کنند تا قدرت انتخاب بالاتری برای تست گازهای مختلف حاصل شود. آرایه سنسور روی یک کلاهک Kovar سوار شده است و سپس برای حسگری گازهای مختلف به کار رفته است. همچنین در این مقاله اثبات شده است که سنسورها حساسیت و قابلیت انتخاب خوبی از خود نشان می‌دهند. ما حداکثر پاسخ قابل تکرار را برای CO (∼78.3% برای 4.75 ppm), CO2 (∼65% برای 900 ppm),، NO2 (∼1948.8% برای 0.9 ppm), و SO2 (∼77% برای 3 ppm) به ازای دمای کار 330 oC، 298 °C, 150 °C, و 405 °C به دست آورده‌ایم.
1-مقدمه
در ادامه تلاش‌هایی که در زمینه بهبود کیفیت هوا صورت می‌گیرد، روش‌هایی برای کاهش مؤثر گازهای سمی مختلف و آلاینده‌های گوناگون با حساسیت و قابلیت انتخاب بالا با استفاده از اکسیدهای فلزی نیمه‌هادی مورد بررسی قرار گرفته‌اند.
آلاینده‌های هوا اثرات مخربی روی جو، آب، گیاهان، سبزی‌ها، حیوانات، حیات‌وحش، و اثرات سوئی روی تلاش انسان در جهت بهتر زندگی کردن دارد. از این رو، این مسئله مستلزم توسعه سنسورهای قابل‌اطمینان و ارزان‌قیمت برای پیاده‌سازی در مقیاس وسیع به منظور مانیتور کردن آلاینده‌های هوا می‌باشد...