#01k - GÁZÉRZÉKELŐK, mikro méretű eszközök kutatás-fejlesztése - személyes HONLAP Témavezető: BÍRÓ Ferenc, Tel.:392-2222-1244, Épület:29/A, Szoba:113, E-mail:birof@mfa.kfki.hu,biro.ferenc@ttk.mta.hu, GEarth:(KFKI_29A)

A Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet Mikrotechnológia Osztályán végzett gázérzékelő kutatás-fejlesztés célja, hogy alacsony fogyasztású, kisméretű, nagy mennyiségben olcsón gyártható félvezető alapú gázérzékelőket fejlesszen ki, robbanásveszélyes és/vagy egészségre ártalmas gázok jelenlétének érzékelése. Ezen szenzorok elsődleges feladata, hogy olyan gázok jelenlétére figyelmeztessenek, amelyek amúgy a legtöbb ipari és otthoni környezetben előfordulnak. Világszerte legelterjedtebb gázérzékelő szenzorok a kalorimetrikus és vezetőképesség változás elvén működők, amelyek három csoportba sorolhatók, aszerint, hogy a mérendő gáz mely fizikai-kémiai tulajdonságát használják fel az adott gáz detektálására. A három csoport a következő:

Mindhárom típusú érzékelőt világszerte gyártják és alkalmazzák is makro (azaz nagyobb) méretben. Az energiahatékonyság szempontjából viszont szükséges ezen eszközök méretének és teljesítmény- felvételének a csökkentése. Ezért a célunk egy olyan integrált mikropellisztor rendszer kialakítása volt, amely alacsony fogyasztás (legfeljebb néhányszor 10 mW) mellett is lehetővé teszi a kevert, éghető gázok szelektív érzékelését. Az 1. ábra egy tipikus katalitikus elven működő makropellisztort mutat. Ezek hátránya a nagy teljesítményigény, ami elérheti a 3 W-ot is, továbbá, hogy nem szelektívek a különböző szénatomszámú szénhidrogén gázokkal szemben. A pellisztorok működése azon a fizikai elven alapul, hogy az éghető gázok égésekor felszabaduló hő mérése megfelelő körülmények között alkalmas a gáz koncentrációjának a mérésére. Katalizátor jelenlétében az égés szabályozottan, a gáz lobbanáspontjánál alacsonyabb hőmérsékleten játszódik le.

1.a. ábra. Makropellisztor sematikus rajza a jellemző méretekkel.	1.b. ábra. Szerelt eszköz.

A gázérzékelők teljesítményfelvételének csökkentésére való törekvés maga után vonja a fűtőszál és a katalizátor réteg geometriai méretének csökkentését, akár a mikrométeres tartományba is. Az ilyen kis geometriai méretekkel rendelkező MEMS (Micro Electro Mechanical System) szerkezetek kialakítása speciális, félvezető gyártási technológián alapuló mikromechanikai megmunkálást igényel.
BR> A Mikrotechnológia Osztály által tervezett gázérzékelők szilíciumon illetve szilíciumban, a klasszikus félvezető/vékonyréteg technológiai és mikromechanikai megmunkálási módszerek ötvözésével készülnek el. A 2. ábrán egy kész mikropellisztor pár SEM (Scanning Electron Microscope, azaz pásztázó elektronmikroszkópos) felvétele látható.

2.a. ábra. Mikropellisztor pár fűtőtest párja.	2.b. ábra. Katalizátor anyaggal bevont fűtőtest pár.

A kutatás-fejlesztés jelenlegi fázisában az ilyen pellisztor párokból álló érzékelő mátrix már megfelelő érzékenységet és szelektivitást mutatott. Feladatunk, hogy a megbízhatóságukat az ipari alkalmazások számára elfogadható szintre emeljük. Ehhez a katalizátor réteg tökéletesítése, a mikro-hotplate-ekre reprodukálható, lehetőség szerint automatizált módon történő felvitelének kidolgozása szükséges.