微熱板中微納尺度氣體傳熱特性研究.pdf

1、在器件設(shè)計(jì)和制作過程中，微尺度氣體傳熱是遇到的非?；A(chǔ)性的物理問題，研究微尺度氣體傳熱對(duì)提高器件的可靠性和穩(wěn)定性具有很重要的意義。微尺度氣體間隙作為傳熱和絕熱機(jī)構(gòu)廣泛地存在于微機(jī)械電子系統(tǒng)中，而且一些微納傳感器件，例如流速計(jì)、皮拉尼真空傳感器，都是按照氣體傳熱的原理設(shè)計(jì)、工作的。微尺度氣體表面作為傳熱和對(duì)流的邊界在許多微機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中是要著重考慮的部分。在微尺度條件下，氣體傳熱屬性出現(xiàn)隨尺度變化的物理現(xiàn)象，本文選用微熱板結(jié)構(gòu)，研究

2、了微熱板中微尺度氣體傳熱屬性隨尺寸的變化關(guān)系。
　　與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容，尺寸微小等是微熱板結(jié)構(gòu)所具有的特點(diǎn)，最重要的是它具有本文所研究的對(duì)象:氣體間隙和表面。正是由于兩種氣體傳熱類型的共同存在，給研究帶來了很大的困難，本文的研究思路是先做微尺度表面氣體傳熱屬性的研究，再將研究所獲得的結(jié)果用于微尺度氣體間隙傳熱的研究中。
　　首先，設(shè)計(jì)和制作了正面刻蝕體硅型微熱板結(jié)構(gòu)，建立起該結(jié)構(gòu)常溫常壓和常溫真空兩種條件下的熱阻模型，并

3、結(jié)合穩(wěn)態(tài)平板法的熱物性測(cè)試原理，測(cè)量出微熱板中表面空氣自然對(duì)流傳熱系數(shù)。結(jié)果表明，由于比表面積的增大，微尺度表面空氣自然對(duì)流換熱能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于常規(guī)尺度下的情況。同時(shí)，采用有限元仿真對(duì)測(cè)量方法的準(zhǔn)確性和影響測(cè)量方法的不確定性因素做了分析，結(jié)果表明，測(cè)量方法的準(zhǔn)確度高，微熱板加熱區(qū)溫度分布不均是影響方法準(zhǔn)確度的主要原因。
　　其次，基于表面犧牲層工藝，設(shè)計(jì)和制作了具有不同厚度氣體間隙的微熱板結(jié)構(gòu)，同樣建立了結(jié)構(gòu)的常壓和真空條件下的熱阻模