图1是MEMS 结构氧传感器的示意图。在P型硅衬底上热氧化成长SiO2 隔离层，选用LPCVD设备成长多晶硅并光刻加热电阻。为了操控加热电阻的阻值，在多晶硅中掺入P。然后运用LPCVD法，在衬底正反两面淀积Si3 N4 层，反面刻蚀腐蚀窗口，运用各向异性腐蚀技能刻蚀出硅杯。正面蒸Pt光刻得到叉指检测电极。然后运用钛靶选用沟通磁控溅射镀膜法，在检测电极上成长TIO2 灵敏薄膜。可看到，该MEMS 结构氧传感器运用灵敏膜下的磷多晶硅电阻作加热器，选用了MEMS 的深刻蚀工艺， 然后削减器材的热容量，下降功耗。把检测电极和加热电极合理规划成一体化器材，能够集成化出产、批量制造。整个芯片的尺度为3 mm&TImes;3mm&TImes;0 .54 mm ，膜片厚度约为2 .5 μm，硅杯的杯底膜片尺度为1 .4 mm&TImes; 1 .4 mm， 灵敏膜片巨细为0 .72mm×0 .72 mm。MEMS 结构的TiO2 氧传感器的工艺流程图如图2 所示。
TiO2 是宽禁带半导体，禁带宽度在3 eV 以上。在真空制备TiO2 半导体时，当氧分压较低时，在TiO2 中发生很多的氧空位，构成N 型半导体 。TiO2 薄膜的氧敏机理是作为施主中心的氧空位随外界氧分压的改动而改动，然后引起了资料电阻率的改动。氧空位的改动是经过TiO2 外表的氧吸附平衡而完成的。TiO2 外表对氧气的吸附进程首先是氧吸附于TiO2 外表的物理吸附，然后过渡到化学吸附，最终进入常晶格的氧方位。跟着氧分压的上升，TiO2 吸附的氧越来越多，氧空位也越来越少，所以电阻也逐步增大。运用质量效果联系，得到二氧化钛的电导率与氧分压P 的联系为：σ = Aμn eP^（- 1/x）
其间：A是质量效果常数，是和氧空位浓度有关的系数;σ是TiO2 的电导率;μn 是电子迁移率;P 为氧分压;跟着离子缺点的实质及电离状况，x 的值在4～6 之间改动。
沟通磁控溅射镀膜法是在磁场的操控下，运用高压电场使惰性气体辉光放电发生电离，电离发生的正离子高速炮击靶材，使靶材上的钛原子溅射出来，溅射出的钛原子与反响气体O2 反响，在基板上堆积出TiO2 薄膜。
咱们在JGP – 350 磁控溅射仪顶用高纯钛板作靶材，其直径为60 mm，厚度为4 mm，靶与衬底距离为60 mm，反响磁控溅射用频率为13 .56 MHz。作业气体为纯度99 .99 % 的Ar 和99 .99 % 的O2 。选用质量流量操控器来操控反响气体O2 的流量，一起运用压电阀来操控真空腔内的作业气体气压。运用复合压强操控仪来操控压电阀和真空计，使得气体压强及流量操控十分安稳。气体份额为O2 ：Ar= 1 ：2 坚持安稳。反响室预真空为10^（- 3） Pa。溅射时作业气压为70 Pa。试样基体为单晶硅片，镀膜前用丙酮超声波清洗，后再用去离子水漂洗、烘干。衬底选用水冷却，用热电偶丈量其温度值。此刻得到的是无定型的二氧化钛薄膜，在500℃ 做退火处理，得到锐钛矿二氧化钛。图3 是沟通磁控溅射镀膜法制备的二氧化钛薄膜的X 射线衍射图谱（XRD）。由图3 能够看出最强的两个衍射峰出现在锐钛矿相（101） 晶面（2θ = 25 .24°） 和（004） 晶面（2θ= 37 .820°） ，特别是（101）晶面择优趋向显着，结晶度增大，标明TiO2 薄膜外表结晶相为锐钛矿相。
电阻型氧灵敏资料功能的目标主要是在气氛改动时电阻的改动起伏和呼应时刻。薄膜元件的氧灵敏功能测试可用氧含量气氛改动时检测电阻改动来表明。因为当温度坚持稳守时，检测电阻的阻值只依赖于气体中的氧体积份数，所以本试验是在室温下的纯N2 的气氛中，逐步参加一定量的O2 ，然后测定各个氧气体积份数下的电阻值。薄膜的氧灵敏功能如图4 所示。能够看到，薄膜元件的氧灵敏功能较好，电阻的改动起伏比较显着。呼应时刻也是气敏器材的一个重要参数，一般将器材阻值增量由33 % 改动到安稳增量的66 %所需的时刻界说为呼应时刻和恢复时刻。在通有安稳电流的状况下，丈量TiO2 的电压值，得到图5 所示的薄膜元件在空气邻近气氛重复改动时的呼应特性。从图中能够看到薄膜元件对O2 具有较好的呼应。对氧气氛的呼应时 间在300 ms 左右，恢复时刻在6s 左右。
