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MEMS流量传感器芯片结构设计研究

发布时间:

2022-06-23 13:20

    MEMS芯片研制 MEMS技术自晶体管时代的到来,在几十年的时间里迅速的发展壮大,将在微电子技术基础上发 展起来的集微型机械、微传感器、微执行器、信号处理、智能控制于一体。从最初的压力传感器到 现在的汽车防撞气囊等先进的微型设备,已经普遍应用到各个领域,与传统的一些机械设备相比 ,MEMS具有不可超越的优势,诸如广义化特点、微型化特点、多样化特点、稳定性特点、集成化特 点、批量化特点。利用MEMS技术制造的微型仪器在环境检测、分析和处理方面大有作为,它们主要 是由化学传感器、生物传感器和数据处理系统组成的微型测量和分析设备,其优势在于体积小、价格 低、功耗小。MEMS技术的发展对信息技术产生了深远的影响。近年来,MEMS又逐渐向光通讯领域渗 透,形成了由微光学、微电子学、微机械学和材料科学相结合的全新研究领域,即微光电子机械系 统采用体微加工技术制作的各种微泵、微阀、微镊子、微沟槽和微流量计等器件适合于操作生物细 胞和生物大分子。由于MEMS器件的体积小,能够进入很小的器官和组织,同时又能进行细微精细的 操作,因此可以大大提高介入治疗的精度,降低医疗风险。利用MEMS技术制造的微型仪器在环境检 测、分析和处理方面大有作为,它们主要是由化学传感器、生物传感器和数据处理系统组成的微型 测量和分析设备,其优势在于体积小、价格低、功耗小和易于携带。

1、MEMS气体传感器芯片制备工艺研究 用传统的作用原理和某些新效应,优先使用晶体材料(硅、石英、陶瓷等),采用先进的加工技 术和微结构设计,研制新型传感器及传感器系统,如光波导气体传感器、高分子声表面波和石英谐 振式气体传感器的开发与使用,微生物气体传感器和仿生气体传感器的研究。随着新材料、新工艺 和新技术的应用,气体传感器的性能更趋完善,使传感器的小型化、微型化和多功能化具有长期稳 定性好、使用方便、价格低廉等优点。

MEMS流量传感器芯片制备工艺研究

a)硅基多孔硅制备工艺研究;

b)低应力薄膜制备工艺研究;

c)金属电连接可靠性及稳定性研究;

d)半导体涂层制备及工艺集成方法研究;

2、MEMS气体流量传感器的研制 基于科学家托马斯提出的“气体的吸热量或放热量与气体的质量流量成正比”理论发展而来。当没 有气体流过传感器芯片时,传感器周围保持稳定的温度场,当气体介质流过传感器芯片时,温度场 因为流体介质带走热量导致局部温度重新分布。局部温度场的变化量取决于流体介质的质量及流速 。集成在芯片上的传感器对此温度分布进行测量,通过校准,专门设计的信号处理电路和智能控制 软件可精确测量实际的介质质量流量。

MEMS流量传感器芯片结构设计研究

a)材料优化筛选研究;

b)芯片温度分布和机械强度分析;

c)芯片热应力分析;

d)芯片高温界面稳定性研究;

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