图1是MEMS 结构氧传感器的示意图。在P型硅衬底上热氧化生长SiO2 隔离层，采用LPCVD设备生长多晶硅并光刻加热电阻。为了控制加热电阻的阻值，在多晶硅中掺入P。然后使用LPCVD法，在衬底正反两面淀积Si3 N4 层，背面刻蚀腐蚀窗口，利用各向异性腐蚀技术刻蚀出硅杯。正面蒸Pt光刻得到叉指检测电极。然后利用钛靶采用交流磁控溅射镀膜法，在检测电极上生长TiO2 敏感薄膜。可看到，该MEMS 结构氧传感器利用敏感膜下的磷多晶硅电阻作加热器，采用了MEMS 的深刻蚀工艺， 从而减少器件的热容量，降低功耗。把检测电极和加热电极合理设计成一体化器件，可以集成化生产、批量制作。整个芯片的尺寸为3 mm×3mm×0 .54 mm ，膜片厚度约为2 .5 μm，硅杯的杯底膜片尺寸为1 .4 mm× 1 .4 mm， 敏感膜片大小为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 中产生大量的氧空位，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变化而变化，从而引起了材料电阻率的变化。氧空位的变化是通过TiO2 表面的氧吸附平衡而实现的。TiO2 表面对氧气的吸附过程首先是氧吸附于TiO2 表面的物理吸附，然后过渡到化学吸附，最后进入常晶格的氧位置。随着氧分压的上升，TiO2 吸附的氧越来越多，氧空位也越来越少，所以电阻也逐渐增大。利用质量作用关系，得到二氧化钛的电导率与氧分压P 的关系为：σ = Aμn eP^(- 1/x)
其中：A是质量作用常数，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;随着离子缺陷的本质及电离情况，x 的值在4～6 之间变化。
