微熱板真空傳感器及其單芯片集成技術(shù)的研究.pdf

1、本文主要從設(shè)計理論、制造工藝、性能測試以及與電路單芯片集成等方面對基于微熱板的熱傳導真空傳感器進行了系統(tǒng)的研究。 設(shè)計了兩種加熱電阻分別為多晶硅或鉑金的微熱板真空傳感器，用經(jīng)典傳熱理論與稀薄氣體動力學，建立了微熱板真空傳感器的傳熱模型，利用該模型分析了微熱板的傳熱特性以及微熱板工作電流、工作溫度、結(jié)構(gòu)尺寸對傳感器響應(yīng)特性的影響，并用有限元法模擬了微熱板的溫度分布與熱變形。結(jié)果表明，微熱板支撐橋上的溫度分布以及微熱板中間區(qū)域通過支

2、撐橋?qū)?、氣體導熱散失的熱量隨氣壓變化而變化：設(shè)計的兩種微熱板真空傳感器中間區(qū)域溫度分布較均勻，熱變形較小。 對兩種微熱板真空傳感器的表面微機械加工技術(shù)進行了研究。根據(jù)實際工藝條件制定了合理的工藝流程，討論并解決了其中犧牲層腐蝕、腐蝕窗口刻蝕、犧牲層臺階平坦化、結(jié)構(gòu)層介質(zhì)薄膜殘余應(yīng)力控制等若干關(guān)鍵工藝。多晶硅或鉑金加熱電阻的微熱板真空傳感器分別采用0.5μm厚的多晶硅或鋁作為犧牲層，犧牲層腐蝕分別采用不腐蝕Al壓焊盤的TMAH腐

3、蝕液或不腐蝕Pt/Ti的鋁腐蝕液；退火溫度、時間對微熱板中的殘余應(yīng)力影響很大，兩種傳感器采用不同的退火工藝，較好的解決了微熱板的殘余變形問題，保證了較高的加工成品率。 開展了微熱板真空傳感器測試技術(shù)的研究。建立了由真空系統(tǒng)、測試電路、計算機采集控制部分組成的傳感器自動測試系統(tǒng)，測試了傳感器在恒電流、恒電壓、恒溫三種工作模式下的響應(yīng)特性。結(jié)果表明，恒電流與恒電壓工作模式下，在1～5×10<'4>Pa氣壓范圍內(nèi)傳感器較靈敏，但氣壓更

4、高時由于工作溫度太低，傳感器靈敏度很低，在1～10<'5>Pa氣壓范圍內(nèi)傳感器輸出電壓擺幅僅為幾百毫伏：恒溫工作模式下傳感器輸出電壓隨氣壓增加而增加，輸出擺幅達到幾伏，在l～10<'5>Pa范圍內(nèi)都有較高靈敏度。 進行了微熱板真空傳感器與電路單芯片集成技術(shù)的初步研究。制定了基于Post-IC的集成微熱板真空傳感器芯片的工藝流程。設(shè)計了工作在恒電壓模式、集成有多晶硅加熱電阻的微熱板真空傳感器、CMOS運算放大器的集成微傳感器芯片，