摘要
近年，随着石油、化工、制药等领域的发展，人们对气体分析检测的需求越来越大。气相色谱作为一种高效、高灵敏度的气体检测技术，被广泛地应用于众多检测领域。热导检测器（TCD）是气相色谱系统中的核心部件，与传统的热导检测器相比较，微型热导检测器（μTCD）具有质量轻、体积小、灵敏度高等优点。但是，μTCD的工艺繁多、制备精度高、成本大，导致微型热导检测器的研制困难。所以，目前为止，还未出现商业化的国产商品供应。为此，本文通过对微型热导检测器的优化和制作的研究，降低器件的制作难度，提高制作的成品率，实现μTCD批量的制作。本文的主要研究成果如下： （1）通过优化热敏元件的形状和气流沟道的结构，本文设计了多种形状的热敏元件，并利用COMSOL软件对热敏元件进行仿真。结果表明，圆弧型的稳定性优于折线型拐角；另外，通过对不同角度的圆弧进行仿真，研究圆弧角度对形变量的影响。结果显示，180°圆弧折角具有最优的力学稳定性。网状和叉指型的热敏元件则需要通过合理地设计调控力学性能。 （2）研究热敏元件的制作工艺，制作得到不同的热敏元件。研究表明，圆弧型的热敏元件剥离效果优于传统折线形的热敏元件。而且，采用磁控溅射方法制备Pt金属薄膜的电阻率为14.8×10-8Ω·m，比采用电子束蒸发得到的Pt金属薄膜电阻率低约12%。 （3）研究了微桥结构的制作工艺，并利用干法刻蚀成功地制作了高深宽比的气流沟道。分别采用双层普通胶和单层厚胶制作厚胶掩膜，并通过对制备参数的优化，制备出满足刻蚀条件的厚胶掩膜。 （4）经过图形设计、掩膜版制备、工艺优化等工作，成功地制作出尺寸为5×5mm2的微型热导检测器，并对其进行性能测试。测试结果表明，器件可以对甲烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、正戊烷五种气体进行检测，五种气体的分析时间约为18s，从进样到分析的时间仅为2min。此外，检测器封装强度测试表明，自制微型热导检测器的键合强度能够达到11MPa，满足器件的强度要求。
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