甲烷是一种无色无味的气体,广泛分布于煤矿、沼气池、深海可燃冰气田等能源开采区域,但是由于自身易燃易爆的性质,一旦发生爆炸将给人们生命和财产安全带来危害,所以受到研究人员的高度关注。为了工业生产中的环境安全维护,实现环境甲烷浓度的实时监测,SnO2半导体甲烷传感器由于所用材料性能相对为稳定、成本低廉、气敏响应效果好、制备流程简单,已经成为最早投入研究生产的气体传感器。目前SnO2甲烷传感器存在工作温度高、响应小和能耗高的问题。针对工作温度高和响应小的问题,对SnO2气敏材料进行掺杂处理,降低材料最佳工作温度的同时提高其气敏响应;针对能耗高的问题,本文设计新型MEMS结构微热板,与传统结构相比在更低的加热电压下就可获取相应温度,器件功耗更低。本文主要内容如下:1.制备和研究了Pd掺杂SnO2甲烷传感器。首先,采用简单的混合研磨工艺制备了Pd掺杂SnO2复合材料;其次,采用刷涂工艺在加热型平板电极上制备了气敏层。研究了所制备的Pd掺杂SnO2气体传感器在不同温度、不同湿度对甲烷气体的敏感特性。结果表明,Pd掺杂在提高SnO2的气敏性能的同时还能降低其工作温度;其中,2 wt%Pd掺杂SnO2的传感器气敏性能最优,在最佳工作温度（200℃）下对500 ppm甲烷的气敏响应可达3.43,灵敏度提升了45.67倍（50–1000ppm）。最后,结合材料结构表征和性能测试结果分析了Pd掺杂SnO2复合膜的甲烷敏感机理。2.通过COMSOL仿真,设计了MEMS结构微热板。MEMS结构微热板一共有三层,尺寸为100μm×100μm,经过优化设计的微热板尺寸为Pt蛇形加热电极线宽7μm、厚度300 nm,Si3N4隔离介质层厚度500 nm,Au叉指测试电极厚度厚度300 nm。仿真三层结构微热板叉指电极区域在最佳参数情况下的温度和热应力位移表明,在加热电极两端0.22-0.34 V的电压条件下,所设计的微热板中心叉指电极区域可达178-321℃且叉指电极区域温度稳定,符合甲烷传感器气敏测试所需温度条件。与传统四层结构微热板相比比热容更低,同等加热电压下器件温度更高,能够有效降低器件功率。