研究目的
通过使用定制光学薄膜带通滤波器来提升低功耗NDIR甲烷气体传感器的性能，增强信噪比并最小化串扰，重点关注室温沉积工艺与环境稳定性。
研究成果
该研究成功证明，通过新型微波等离子体辅助溅射工艺沉积的多层薄膜带通滤波器能提升NDIR甲烷传感器性能，具体表现为提高信噪比并减少水蒸气的串扰干扰。其中300纳米带宽的滤波器展现出更优的信噪比，而160纳米滤波器则具有更低的湿度敏感性。涂层均匀性和环境稳定性已获验证，表明其具备量产潜力。未来工作需解决规模化生产问题并进行更多机械性能测试。
研究不足
使用精密掩模法施加涂层可能不是大规?？衫┱股淖罴逊椒?。光电二极管未抛光的表面可能导致光散射，影响滤光片性能。部分测试中样本量较小可能会影响噪声计算。该研究聚焦于甲烷检测，在未经进一步优化的情况下可能无法推广至其他气体。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用微波等离子体辅助脉冲直流溅射沉积工艺设计并制备多层薄膜带通滤光片。光学设计通过TFCalc软件建模，传感器性能模拟使用Mathcad软件完成。
2：样品选择与数据来源：
样品包括Gas Sensing Solutions有限公司的NDIR气体传感器光电二极管、硅和砷化镓参比片，以及用于测试的甲烷气体混合物。光学常数和气体吸收数据源自FTIR测量及HITRAN数据库。
3：实验设备与材料清单：
设备包含微波等离子体辅助溅射反应器、FTIR光谱仪（Nicolet iS-50和Bruker VERTEX 80/80v）、质量流量控制器、环境试验箱及高压灭菌锅。材料包括锗和铌溅射靶材、氩气和氧气，以及多种衬底。
4：实验流程与操作步骤：
该过程涉及在光电二极管和参比样品上沉积Ge和Nb2O5层，测量光学透过率，测试气体传感器对甲烷浓度的响应，并通过湿度、温度及高压灭菌锅试验评估环境稳定性。
5：数据分析方法：
数据通过Mathcad进行传感器建模，TFCalc进行光学设计，统计方法用于噪声和均匀性计算。
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获取完整内容-
FTIR Spectrometer
Nicolet iS-50
Thermo Fischer Scientific Nicolet
Used for measuring optical transmittance in the mid-IR range for single and multilayer coatings.
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FTIR Spectrometer
VERTEX 80/80v
Bruker
Used for measuring spectral photocurrent responses of photodiodes.
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Mass Flow Controller
MFC
MKS Instruments Inc.
Controls gas flow rates for sputtering and gas sensor testing.
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Optical Gas Controller
OGC
MKS Instruments Inc.
Controls pressure and flow rate of gases in the deposition system.
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Magnetron Drive Power Supply
MDX
Advanced Energy
Powers the sputtering process for thin film deposition.
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Quartz Crystal Thin Film Thickness Monitor
IC5
Inficon Inc.
Monitors deposition rate and thickness of thin films in real-time.
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Multi-gas Controller
MKS Instruments Inc.
Controls multiple gas flows in the deposition system.
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Meisner Cooling Coils
Polycold model 3600
Telemark Inc
Traps water vapor in the vacuum chamber to maintain low pressure.
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Environmental Chamber
WKL 34
Weiss Technik
Used for humidity and temperature testing of sensors.
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Pressure Cooker
Used for accelerated lifetime testing of coatings under high pressure and temperature.
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