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(jì)理論、制造工藝、性能測(cè)試以及與電路單芯片集成等方面對(duì)基于微熱板的熱傳導(dǎo)真空傳感器進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。 設(shè)計(jì)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(dòng)力學(xué)，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(duì)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(guò)支

2、撐橋?qū)?、氣體導(dǎo)熱散失的熱量隨氣壓變化而變化：設(shè)計(jì)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(duì)兩種微熱板真空傳感器的表面微機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)行了研究。根據(jù)實(shí)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(tái)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(shí)間對(duì)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(wèn)題，保證了較高的加工成品率。 開展了微熱板真空傳感器測(cè)試技術(shù)的研究。建立了由真空系統(tǒng)、測(cè)試電路、計(jì)算機(jī)采集控制部分組成的傳感器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)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(shí)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(dá)到幾伏，在l～10<'5>Pa范圍內(nèi)都有較高靈敏度。 進(jìn)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(jì)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(yùn)算放大器的集成微傳感器芯片，