Gas-sensing device implemented on a micromachined membrane: A combination of thick-film and very large scale integrated technologies

Abstract

We report developing a SnO2 thick-film gas sensor deposited by screen printing onto a micromachined dielectric stacked membrane equipped with an embedded polysilicon microheater and two resistors for temperature measurement. The microheaters were designed to enable an operating temperature of 400 °C at about 30 mW power consumption. A newly developed scheme for temperature measurement was adopted for on-line adjustment of the film temperature through a conventional low-power feedback circuit. The electrical response of the prototypes to CO and CH4 is discussed, and their performance is compared to traditional devices fabricated via thick-film methods.

Metal oxide semiconductor gas sensors in environmental monitoring

“…Sol-gel has been utilised for making gas sensitive films [14,31,32]. A recent report by Khun et al uses the sol-gel method to synthesise SnO 2 particles, which then demonstrated a response in the presence of Ammonia.…”

“…Oliver et al showed that when the concentration of oxygen vacancies is high, the concentration of electrons is high on the surface [14] (5). This would elevate conductivity (for n-type material), but upon the introduction of ozone on the surface it is reduced, filling the vacancies (considered as negative holes) and lowering the conductivity (6).…”

Efectos de la exposición de películas gruesas de SnO₂ a vacío, oxígeno y monóxido de carbono

“…El incremento inicial en la resistencia ante la presencia de aire se debe a que el equilibrio en la superficie de la película es rápidamente alcanzado. El oxígeno presente en el aire es adsorbido en la superficie de la película lo que da lugar a la transferencia de electrones desde el interior de los granos a sus superficies, de acuerdo a la siguiente ecuación: 1/2 O 2 gas + 2 e´⇔ 2 O -ads [1] Como consecuencia de este proceso, la altura de las barreras y el ancho de las zonas de deserción aumentan, dado que estamos tratando con un semiconductor tipo n. Este mecanismo provoca el inmediato incremento de la resistencia observado en los primeros tiempos de exposición. Sin embargo, la disminución en la resistencia que se verifica a mayores tiempos de exposición debe tener su origen en otro mecanismo.…”

“…Poseen una velocidad de quimisorción extremadamente lenta a temperatura ambiente, razón por la cual son empleados a temperaturas entre 200-400°C (1). Los sensores basados en SnO 2 son ampliamente empleados para detectar concentraciones muy bajas de CO debido a su alta selectividad y sensibilidad comparada con otros sensores de gases cerámicos (2).…”

Micromecanizado mediante láseres de femtosegundos de cerámicas LTCC. Fabricación de microcalentadores para un sensor de monóxido de carbono

“…En estos, la reacción química de adsorción entre una capa sensora de un determinado material y el gas provoca una variación en las propiedades eléctricas de la capa que puede ser detectada fácilmente mediante la colocación de dos electrodos en la misma. Dado que para que este tipo de reacciones se produzcan es necesario que la capa sensora se encuentre a temperaturas mayores de 400ºC, en todos los casos se hace necesario el diseño previo de un sistema de microcalentadores capaces de proporcionar estas temperaturas en superficies de pocos mm 2 y con ausencia de transmisión de calor al resto del sistema (7,8). Tradicionalmente, el sustrato elegido para la fabricación de estos dispositivos ha sido el silicio, si bien en los últimos años han venido introduciéndose sustratos cerámicos debido a sus buenas propiedades térmicas.…”