微热板式低气压传感器的研制JournalofSemiconductors.PDFVIP

第 26 卷 　第 7 期 半 　导 　体 　学 　报 Vol . 26 　No . 7 2005 年 7 月 C H IN ESE J OU RNAL O F SEM ICONDU C TOR S J uly ,2005 微热板式低气压传感器的研制 张凤田　唐祯安 　余 　隽 　金仁成 　高仁王景 　江胜峰 (大连理工大学电子工程系 , 微系统与微制造重点实验室 , 大连 　116024) 摘要 : 研制了一种采用 CMO S 工艺和表面牺牲层技术加工的微热板式低气压传感器. 该微热板为四臂支撑悬空矩 μ μ μ 形板 ,其边长为 75 m ,支撑桥长为 60 m ,板下气隙高度为 05 m . 采用经典傅里叶传热理论分析了恒电流工作方 式下气压对微热板瞬态和稳态热特性的影响 ,结果表明在低气压范围内微热板传热以支撑桥导热为主 ,气压较高 时以气体导热为主 ,微热板加热功率随气压增加而减小 ;传感器的热响应时间为毫秒量级并随气压增加而减小. 传 感器采用恒电流工作方式时 ,测得其气压响应范围为 1～105 Pa ,且加热功率与气压间关系的理论分析结果与实测 值吻合得较好. 关键词 : 微热板 ; 气压传感器 ; 微传感器 ; 传热 ; 恒电流 EEACC : 2575 ; 7230M ; 7320V 中图分类号 : TP2 12 　　　文献标识码 : A 　　　文章编号 : 02534 177 (2005) 0714 1206 解了在恒电流工作方式下微热板瞬态热响应随气压 1 　引言 的变化关系 ,并根据瞬态分析的结果分析了稳态传 热中各种传热途经所消耗的加热功率与气压的关 加热式低气压传感器主要包括电阻真空计和热 系. 最后 ,采用恒 电流测试 电路对传感器进行了测 偶真空计 ,利用气体热导率与气压间的关系进行工 试 ,并对实验测试结果和理论计算结果进行了对比 作 , 由于结构简单 、使用寿命长 、量程较宽 ,广泛应用 分析与讨论. 于金属冶炼 、食品加工 、薄膜制备 、电子封装等领域 检测 10 - 1 ～105 Pa 范围的气压[ 1] . 但体积较大 、热响 2 　结构设计与制备工艺 应慢 、功耗大等缺点 ,限制了传统加热式低气压传感 器的应用. 随着微电子和微机械加工技术的发展 ,研 研制的微热板式低气压传感器的扫描电镜图如 制尺寸小 、重量轻 、功耗低 、响应快且易与其他器件 μ μ 图 1 所示. 面积为 75 m ×75 m 的微热板通过四个 集成的微加热式低气压传感器成为可能 ,并受到重 μ μ 桥支撑悬空. 桥长 60 m ,宽 2 1 m ,微热板下气隙高 [2 ,3 ] 视 . 在国内,对半导体固态压力传感器的研究已 μ 度为 05 m . 为与 CMO S 工艺兼容 ,微热板上的加 很深入[4 ,5 ] ,但对微加热式低气压传感器的研究还 ( ) 热电阻 兼做测温元件 和制作在衬底上的温度补偿