当今世界,气体传感器已广泛应用于国民生产和日常生活的方方面面,大到工业生产中的有毒气体、易燃易爆气体等的检测,小到家具环境中的有害气体的监测和报警、酒驾检测等,都展现出气体传感器的独特优势和巨大应用前景。相比传统陶瓷管气体传感器,基于先进MEMS技术的硅基MEMS气体传感器,尤其是采用金属氧化物半导体气敏材料的硅基MEMS气体传感器,以其具有灵敏度、响应快、体积小、功耗低、易集成、稳定性强等显著特点,已成为国内外传感器领域的研究焦点和热点。本文围绕采用SnO₂作为气敏材料的硅基MEMS气体传感器展开了系统的理论与实验研究工作,基于大型商用有限元分析软件ANSYS,构建了不同结构的微热板理论模型;系统分析了膜式结构、悬浮式结构的微热板的结构参数和材料参数对微热板稳态热效应的影响和规律。仿真结果表明,悬浮式结构的微热板的温度分布稳定性、功耗等均优于膜式结构微热板,优化后的悬浮式结构微热板的加热平台水平方向的最大温差仅为1.956℃,工作功耗仅有11mW。此外,论文提出了一种新型悬浮式结构的单层绝缘层结构微热板,通过独特的“环绕式”电极设计,抑制了传统单层绝缘层结构微热板中常见的短路问题,同时可保证微热板具有良好的热效应。仿真结果表明,该新型结构微热板的加热平台上水平方向的最大温差仅为1.6℃,功耗可低至8.4mW。基于理论研究结果,本论文采用MEMS制造工艺线开展了实际硅基MEMS气体传感器的制造工作,成功研制出悬浮式结构的单层绝缘层结构的微热板;同时研究了不同工艺条件下SnO₂气敏厚膜的气敏特性,并开展了气敏厚膜的工艺优化。最后基于实验研究结果,实现了一款采用SnO₂气敏材料的硅基MEMS气体传感器。封装后的气体传感器测试表明,气体传感器在13mW功率下可升高至300℃工作温度,在250℃、300℃下均表现出良好的气敏特性,符合设计要求。