基于納米硅尖場發(fā)射的微真空傳感器的初步研究.pdf

1、本文在目前基于場發(fā)射原理的真空傳感器研究得較少，尚無成熟的、可靠的產(chǎn)品問世的情況下，將MEMS技術(shù)和真空微電子技術(shù)相結(jié)合，提出了一種基于納米硅尖場發(fā)射的微真空傳感器原型方案。 基于納米硅尖場發(fā)射的微真空傳感器是一種以真空微電子學(xué)中的場發(fā)射現(xiàn)象作為輸出敏感方式，利用MEMS技術(shù)制作的，用于測量真空度大小的傳感器。其結(jié)構(gòu)簡單，具有靈敏度高、信號易檢測、易于集成、便于批量化生產(chǎn)等優(yōu)點，在諸如真空設(shè)備、航空航天裝置、醫(yī)療器械等等需要真空

2、測量的領(lǐng)域中都具有巨大的市場潛力，特別是集成在真空封裝的微器件里用作微器件可靠性檢測方面，具有廣泛的應(yīng)用前景。 本文的研究工作主要包含以下幾個方面： (1)在查閱了大量文獻(xiàn)、資料的基礎(chǔ)上，提出一種基于納米硅尖場發(fā)射的微真空傳感器原型方案； (2)設(shè)計場發(fā)射真空傳感器的結(jié)構(gòu)以及完整的制作工藝流程，并在此基礎(chǔ)上，設(shè)計與之相配套的掩膜圖形，制作實驗所需的掩模版；通過實驗系統(tǒng)地對傳感器的加工工藝進(jìn)行研究，優(yōu)化工藝參數(shù)，刻

3、蝕出曲率半徑達(dá)70nm的硅尖陣列，制作出傳感器的樣機； (3)研究帶柵極的硅尖陣列的制備方法，采用自對準(zhǔn)技術(shù)制備出了孔徑約3μm的帶柵極硅尖陣列，為場發(fā)射真空傳感器的進(jìn)一步研究打下了基礎(chǔ)； (4)測試傳感器樣機在常壓下的I-V特性，觀察到陽極電壓大約在10V左右開始有明顯的場發(fā)射現(xiàn)象，單尖平均場發(fā)射電流可高達(dá)8.3μA；搭建測試系統(tǒng)，測試場發(fā)射電流的遲滯與衰減現(xiàn)象以及傳感器在不同真空度下的輸入輸出特性，分析得出場發(fā)射真空