第二章 傳感器的功能材料及加工工藝

1、第2章 傳感器的功能材料及加工工藝,,第2章 傳感器的功能材料及加工工藝,傳感器使用的材料,傳感器的加工工藝,2.1傳感器使用的材料,表 2?1各類材料在傳感器中的應(yīng)用情況,2.1.1材料的基本物理知識(shí),2.1.1.1 基本粒子2.1.1.2元素的電子層結(jié)構(gòu),表 2?2鍵性與物性的關(guān)系,2.1.1材料的基本物理知識(shí),2.1.1.3 固體的能帶,圖2-1 1在氫分子中δ1S和δ*1S分子軌道的狀態(tài)能量與兩氫核之間距離的關(guān)系曲線,圖

2、 2?2“金屬”氫的能態(tài)與氫核之間距離的關(guān)系曲線,2.1.1材料的基本物理知識(shí),,2.1.1.4導(dǎo)體和非導(dǎo)體的能帶,圖 2?3在金剛石中SP3雜化原子軌道所產(chǎn)生的價(jià)帶和導(dǎo)帶圖,2.1.1.4導(dǎo)體和非導(dǎo)體的能帶,圖 2?4金屬，絕緣體和半導(dǎo)體能帶圖,2.1.1.4導(dǎo)體和非導(dǎo)體的能帶,圖 2?5晶胞用空間點(diǎn)陣描述,2.1.2導(dǎo)體、半導(dǎo)體和電介質(zhì),2.1.2.1導(dǎo)體（金屬和離子導(dǎo)體）敏感材料,,（2?1）,,（2?2）,電場(chǎng)使電子加速：,平均

3、速度或漂移速度為：,電流密度為 ：,,（2?3）,電導(dǎo)率為 ：,,（2?4）,2.1.2.1導(dǎo)體（金屬和離子導(dǎo)體）敏感材料,圖 2?6金屬系溫度敏感元件的物理量變換方式,2.1.2導(dǎo)體、半導(dǎo)體和電介質(zhì),2.1.2.2半導(dǎo)體敏感材料 由于電子和空穴都影響總電流，因此式（2-4）變換成下面的形式：2.1.2.3電介質(zhì),（2?5）,2.1.2.2半導(dǎo)體敏感材料,表 2?3采用半導(dǎo)體材料制作傳感器的例子,2.1.3陶瓷敏感材料,表

4、 2?4 利用陶瓷敏感材料制作傳感器的例子,2.1.3陶瓷敏感材料,2.1.3陶瓷敏感材料,2.1.3.1物理敏感陶瓷材料陶瓷熱敏器件陶瓷光敏電阻陶瓷壓電元件陶瓷熱釋電材料,2.1.3.1物理敏感陶瓷材料,表 2?5 各種熱釋電體的特性,2.1.3陶瓷敏感材料,2.1.3.2化學(xué)敏感陶瓷材料濕敏陶瓷氣敏陶瓷 2.1.3.3其他陶瓷材料,,表 2?6 主要利用化學(xué)現(xiàn)象的氧化物載體金屬敏感元件,2.1.3有機(jī)高分子

5、敏感材料,2.1.4.1有機(jī)敏感材料的種類和特性,表 2?7 有機(jī)敏感材料,2.1.4.1有機(jī)敏感材料的種類和特性,表 2?8 利用有機(jī)材料的敏感元件,2.1.4.1有機(jī)敏感材料的種類和特性,2.1.4 有機(jī)高分子敏感材料,2.1.4.2 有機(jī)高分子濕敏材料2.1.4.3 有機(jī)高分子氣敏材料2.1.4.4 有機(jī)高分子壓電材料,,表 2?9 幾種有代表性的高分子氣體傳感器,2.1.5 磁性材料,真空中的磁通量與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比：

6、其中，M是每單位體積的磁偶極矩或磁化強(qiáng)度，為相對(duì)磁導(dǎo)率。,,,,,2-6,,,2-7,,圖 2?7 由磁疇位移和定向引起的鐵磁材料的磁化,2.2 傳感器的加工工藝,2.2.1結(jié)構(gòu)型傳感器的加工工藝,圖 2?8 應(yīng)用不同的加工方法所能得到的加工精度,2.2.1結(jié)構(gòu)型傳感器的加工工藝,圖 2?9懸臂梁式稱重傳感器,,2.2.1結(jié)構(gòu)型傳感器的加工工藝,1．彈性體的加工和處理2．應(yīng)變計(jì)的粘貼與固化3．組橋、布線衛(wèi)性能檢查

7、4．傳感器的性能補(bǔ)償與老化5．防潮密封工藝6．性能檢測(cè)和標(biāo)定工藝,2.2.1結(jié)構(gòu)型傳感器的加工工藝,圖 2?10 電阻應(yīng)變式傳感器的防護(hù)密封結(jié)構(gòu)示意圖,2.2.2微機(jī)械加工工藝,2.2.2.1微傳感器與微機(jī)電系統(tǒng),圖 2?11 MEMS所涉及到的技術(shù)領(lǐng)域,2.2.2.1微傳感器與微機(jī)電系統(tǒng),圖 2?12 MEMS的應(yīng)用,2.2.2微機(jī)械加工工藝,2.2.2.2 MEMS所用材料 1．單晶硅與多晶硅,圖 2

8、?13單晶硅的硅胞及常用晶片,2.2.2微機(jī)械加工工藝,2．氧化硅與氮化硅3．金屬材料4．光刻膠,圖 2?14 光刻膠用于平面光刻,2.2.2微機(jī)械加工工藝,2.2.2.3傳統(tǒng)超精密與特種加工技術(shù)超精密機(jī)械加工微鉆孔加工微銑削加工微細(xì)磨削（超精密磨削）微細(xì)電火花加工,2.2.2.3傳統(tǒng)超精密與特種加工技術(shù),圖 2?15 線電極電火花磨削法原理示意,圖 2?16 采用線電極電火花磨削加工的微結(jié)構(gòu),2.2.2微機(jī)械加工工藝,

9、高能束微機(jī)械加工技術(shù)激光束加工電子束加工電子束加工,圖 2?17 激光束加工示意,圖 2?18 熱型電子束加工示意,2.2.2微機(jī)械加工工藝,離子束加工,圖 2?19 非熱型電子束加工示意,2.2.2微機(jī)械加工工藝,2.2.2.4微機(jī)電系統(tǒng)常用的集成電路工藝薄膜成形氧化,圖 2?20 濕氧氧化法示意,2.2.2.4微機(jī)電系統(tǒng)常用的集成電路工藝,金屬化,圖 2?21 真空蒸鍍法示意,圖 2?22 濺射法示意,2.2.2.4微機(jī)電系

10、統(tǒng)常用的集成電路工藝,化學(xué)氣相淀積,圖 2?23 常壓化學(xué)氣相工藝裝置的示意,圖 2?24 等離子化學(xué)氣相工藝裝置的示意,2.2.2.4微機(jī)電系統(tǒng)常用的集成電路工藝,外延旋涂法厚膜工藝,圖 2?25厚膜壓力傳感器工藝流程示意圖,2.2.2.4微機(jī)電系統(tǒng)常用的集成電路工藝,摻雜技術(shù)擴(kuò)散雜質(zhì)離子注入,圖 2?26 離子注入機(jī)示意圖,2.2.2.4微機(jī)電系統(tǒng)常用的集成電路工藝,光刻技術(shù),圖 2?27 光刻工藝流程,2.2.2.4微