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作为片上气体分析系统的一个全新技术方案，利用基于一维纳米电极的场致等离子体器件实现气体传感，近年来成为国际上的研究热点.该领域目前亟待解决的关键问题是：1)一维纳电极中气体放电现象的基本规律和基本理论问题；2)实现此类器件微型化集成制造中的技术问题；3)能够充分发挥其检测原理优势的器件结构设计与检测方法设计中的技术问题。本论文对以上问题进行了系统研究，将一维纳米材料与MEMS技术相结合，提出“基于一维纳米电极的场致分子电离(One-DimensionalNanoElectrodebasedField-inducedIonization，OEFI)MEMS器件”，创新性地设计、制造并检测了OEFI-MEMS生化敏感器件原型，用于气体传感器和呼吸传感器。
·基础研究
论文首先在Paschen定律的框架内，对一维纳米电极中气体放电现象的全伏安特性进行了系统研究。得出结论认为：一维纳米电极气体放电分为两个阶段，即局部放电和间隙的击穿，而间隙的击穿有两种类型：一种是过临界电压瞬态击穿，一种是亚临界电压长时间累积击穿，后一种击穿可能是一维电极系统气体放电的特异现象，反映了一维纳米电极系统中纳极化的特异性。同时，在Paschen关系的框架内，一维电极气体放电间隙击穿临界电压的主要影响因素为：气压、气体种类、电极间隙的尺度、一维电极的极性和一维电极表面情况。论文还系统表征了一维电极系统气体放电的发光现象。
论文在基础实验研究的基础上，提出径向均匀纳极化假设，用极化带模型描述一维纳米电极间隙内介电空间的电场分布。基于极化带模型，对Townsend模型和Streamer模型进行了修正，此外，建立了一维电极气体放电现象的正、负极化带的累积放电假设和累积击穿模型，模型的计算结果与实验结果的差别在合理范围内，从理论上研究了一维纳米电极在气体放电中的关键效应-径向均匀极化效应与纳极化效应。基于极化带模型，研究了一维纳米电极结构因素对间隙击穿的影响，直接用于指导器件的设计.
基础研究证明：一维纳米电极气体放电的最本质特征来源于一维纳米电极对介电空间电场分布的径向均匀纳极化效应。
·应用研究
本论文首先对MEMS加工与一维纳米材料膜制备的工艺集成(MEMSprocessingandOne-dimensionalnanomaterialfilmpreperationIntegration，MOI)中的关键技术问题进行了研究，针对碳纳米管，开发出基于RIE的、适用于侧壁式微纳电极系统的MOI工艺流程，以及基于金属微电铸和体硅加工的、适用于微室式微纳电极系统的MOI工艺流程。
其次，除研究了文献中已有的临界电压和局部自持放电电流两种气敏电学量以外，本论文拓展了此类器件的检测目标，实现了离子电流的气敏检测。临界电压和局部自持放电电流之所以可以实现气敏传感，是由于气体放电过程中临界电压的高低和局部放电电流的大小，与气体中的中性粒子与带电粒子非弹性碰撞截面的统计平均值有着直接的关系，因此，在微量混合气体检测中，这两者的气敏性通常难以提高。但是，如果利用放电产生的离子电流进行气敏检测，其具有的质谱特性会显著提高OEFI-MEMS气体传感器在微量混合气体检测中的敏感性和选择性。
最后，设计并实现了多种结构的OEFI-MEMS气体传感器原型，系统研究了不同结构、不同检测模式下器件的性能特征。通过实验研究发现，根据传感器应用情景的不同，各种结构的器件、不同的检测模式各有所长，可以互相配合、取长补短，根据这一现象，本论文提出“协同”检测的概念，并设计出三极式MEMS微纳电极系统，可以使临界电压、局部自持放电电流和离子电流的气敏检测在一个器件上实现。
将本文的研究结论综合起来，可以得到一个清晰的有关一维电极系统气体放电过程及其电学表征的物理图景，这个物理图景基于一维电极气体放电的极化带理论模型，求证于系统的基础实验研究和基础理论研究，应用于OEFI-MEMS器件的设计、制造和检测，最后用坚实的实验数据证明：OEFI-MEMS器件是一种很有发展潜力的MEMS器件，有可能成为MEMS的一个新的研究方向。