硅基熱溫差式氣體流量傳感器的研究.pdf

1、氣體流量是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中的重要參數(shù)。近些年來，精細(xì)化工業(yè)和醫(yī)學(xué)生物分析的發(fā)展，對(duì)氣體流量的測量和控制要求越來越高。使用微加工工藝和IC技術(shù)制作的氣體流量傳感器具有體積小、測量精度高、響應(yīng)速度快、低成本的優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。本課題利用微加工技術(shù)設(shè)計(jì)并制作了熱溫差式氣體流量傳感器，并對(duì)該傳感器的特性進(jìn)行了分析。 本文根據(jù)熱溫差式傳感器的原理和有限元分析的結(jié)果，完成了氣體流量傳感器掩模版圖的設(shè)計(jì)；采用熱氧化和化學(xué)氣相淀積方法

2、制作了SiO<,2>和Si<,3>N<,4>絕緣薄膜，以增加傳感器的穩(wěn)定性；利用KOH濕法腐蝕方法在硅基芯片背面腐蝕了隔熱硅杯，使芯片內(nèi)的熱場形成穩(wěn)定分布；利用射頻濺射的方法制作了Pt金屬薄膜微加熱器和溫度傳感器，用于在芯片內(nèi)形成溫度場和進(jìn)行溫度檢測；采用電子束蒸發(fā)的方法制作了兩種厚度的SiO<,2>鈍化膜，防止環(huán)境對(duì)金屬薄膜性能的影響。本文在硅襯底上設(shè)計(jì)了10個(gè)溫度傳感器，其中三對(duì)用于氣體流量測量；另外四個(gè)測量傳感器芯片和環(huán)境中的溫度

3、分布，以檢測芯片工作狀態(tài)。采用濕法腐蝕方法在玻璃基底上刻蝕出不同深度的氣體溝道，將其與硅襯底粘接，構(gòu)成了氣體流量傳感器芯片。搭建了氣體流量傳感器硬件控制和檢測系統(tǒng)，包括溫度及電壓信號(hào)的采集、信號(hào)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、鍵盤控制、液晶顯示、串口通信等。利用C++ Builder軟件制作了上位機(jī)應(yīng)用程序界面，實(shí)現(xiàn)了溫度數(shù)據(jù)和流量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)圖形顯示、數(shù)據(jù)的保存和數(shù)據(jù)分析等功能。 研究結(jié)果表明，Pt金屬薄膜具有較高的加熱效率和電阻溫度系