新型壓阻式MEMS溫度傳感器的理論研究.pdf

1、溫度是最基本的物理量之一。隨著社會的發(fā)展，在科學研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活等許多領(lǐng)域都涉及到溫度的測量和溫度傳感器。由于MEMS傳感器相較傳統(tǒng)的傳感器有體積小、功耗低、靈敏度高、便于與IC相集成等優(yōu)點，基于MEMS技術(shù)的溫度傳感器已成為近年來一個新的發(fā)展方向。在此背景下，本文提出了兩種基于硅壓阻效應的新型MEMS溫度傳感器：(1)壓阻式MEMS雙層薄膜溫度傳感器；(2)壓阻式MEMS復合梁溫度傳感器。
　　 壓阻式MEMS雙層薄

2、膜溫度傳感器是由表面制有壓敏惠斯通電橋的硅微橋和淀積在其表面的溫敏聚合物薄膜構(gòu)成。溫敏聚合物薄膜在溫度變化時發(fā)生膨脹變形，將帶動硅微橋發(fā)生變形，使其中的壓敏電阻阻值改變，從而可以通過惠斯通電橋?qū)崿F(xiàn)溫度-電壓的轉(zhuǎn)換。文中利用彈性力學薄板理論和熱彈性力學分析了雙層薄膜溫度傳感器中兩層薄膜相互作用的力學理論模型，推導出傳感器的等效溫度荷載，推導出雙層薄膜彎曲的微分方程，并對雙層薄膜的彎曲剛度做出了修正，最終導出了傳感器的輸出表達式，結(jié)果表明傳

3、感器的輸出與被測環(huán)境溫度成線性關(guān)系。基于該理論模型，分析了傳感器結(jié)構(gòu)尺寸與性能的關(guān)系：如果采用較厚、較大的溫敏聚合物薄膜和較薄的硅微橋，相應的傳感器會具有較大的靈敏度。
　　 復合微梁溫度傳感器采用由兩種不同材料組成的雙層微梁結(jié)構(gòu)，其中下層為表面制有惠斯通壓敏電橋的硅微梁。當溫度變化時，梁的各層材料因熱膨脹系數(shù)失配而產(chǎn)生的溫度應力會使梁彎曲變形，位于硅微橋表面的壓敏電橋?qū)⒋俗冃无D(zhuǎn)換為電壓輸出，達到檢測溫度的目的。文中應用材料力學