基于MicroHEAT技术具有悬梁式结构的气体传感器阵列介绍_技术

物联网、大数据和人工智能促进了传感技术的发展。随着MEMS和传感技术的发展，图像和声音信号已经能够被传感器采集并转换为数字信号，借助算法实现图像识别和语音识别，为智能设备装上了“眼睛”和“耳朵”。如何研究气体传感器，实现气味识别，为智能设备装上鼻子呢？

2004年，诺贝尔生理学或医学奖获得者Richard Axel和Linda B. Buck在研究中发现了气味受体和嗅觉系统的组织，为气味识别奠定了基础。为了实现气味识别，需要一套理论或者方法把气味分子转化为电信号，从现有的气体传感器种类来看，半导体式传感器的工作原理与人类对气味识别的方式接近。虽然还难以把某一种气味分子与电信号对应起来，但半导体传感器有望实现某一类气味分子与电信号的关联。

合肥微纳传感技术有限公司（简称合肥微纳）是一家专注于MEMS传感器研发、生产和销售的国家高新技术企业，由中国科学技术大学校友于2015年11月在合肥创办，近年来专注于高性能MEMS气体传感器和气味识别技术的研发。

合肥微纳基于自主研发的MicroHEAT技术制造的高可靠HHC1000型微热板芯片，采用悬膜式结构，功耗低，可靠性高，可广泛应用于半导体式气体传感器。芯片同时集成微型加热器和叉指电极，微型加热器用于为气体传感器提供合适的工作温度，叉指电极用于检测气敏材料的电阻变化。

传统基于陶瓷管或陶瓷片的半导体式气体传感器，存在基线漂移大，一致性较差的现象，一直难以解决。合肥微纳最新研制的HGS1000系列气体传感器采用高可靠的HHC1000微热板和纳米半导体材料，提高了长期稳定性和一致性，为气体检测和气味识别奠定了基础。该系列传感器采用陶瓷基底和金属盖板封装，尺寸仅为3.2 mm × 2.5 mm × 1.1 mm。

气味识别技术在智能终端和食品保鲜行业有着十分广泛的应用需求。合肥微纳技术团队长期致力于高性能气体检测和气味数字化技术研究。

以智能手机为代表的智能终端在集成了具有视觉、听觉和触觉功能的传感器后，迫切需要增加具有嗅觉功能的传感器，以获取应用场景中的环境信息，提升用户体验、发展新功能。高性能、低功耗、小尺寸、阵列化，是智能终端对该类传感器的技术要求。合肥微纳基于MicroHEAT技术设计并实现了具有悬梁式结构的气体传感器阵列，与现有的MEMS半导体式气体传感器相比，单个传感器连续工作时的功耗约1毫瓦，预热时间约1毫秒，可在1.0 mm × 1.0 mm的芯片上集成16个气体传感器芯片。

无论是为了提高气体检测的选择性，还是实现人工智能气味识别技术，都需要大量的传感器，合肥微纳基于4 × 4的半导体气体传感器芯片阵列，初步实现了特定场景下的大类气味识别。

在食品保鲜方面，以冰箱为例，需要对保存食物的状态进行实时监测，通过感知食品的特征气体来了解其新鲜程度，并与杀菌、消毒和除味等模块进行联动，实现更好的保鲜。合肥微纳基于FreshSense技术研制的食物新鲜度模组是集温、湿、气于一体的传感模组。模组采用了合肥微纳自主研发的MEMS鲜度传感器，对食物变质散发出来的特征气体具有较高的灵敏度，能够对变质食物和食物变质过程进行感知。

针对以冰箱为代表的智能家电和冷藏/冷链行业，合肥微纳于2019年推出了鲜度传感器基础版HGM10模组，能够分辨变质气味的“有”和“无”，现已在多家冰箱整机中使用。今后还将持续研发，并预计在2020年9月推出HGM11模组，实现对变质气味种类的识别。