北京交通大學(xué)教學(xué)—敏感器件設(shè)計ppt課件

1、敏感器件設(shè)計電子信息工程學(xué)院2005，4，18敏感元件概述 敏感元件和傳感器 敏感元件的集成化和智能化 敏感元件的種類 MEMS微電子機(jī)械系統(tǒng)。 傳感器和微電子機(jī)械的運用領(lǐng)域。敏感元件和傳感器 SENSOR敏感元件 從系統(tǒng)的前級取出所需信息的元器件 感受敏感器 敏感元件安裝 接觸元件 探測器設(shè)備 初級檢測器 Ex.: optoelectronic sensor光電子傳感器 TRANSDUCER -傳感器 轉(zhuǎn)換器; 變流器, 換頻器; 發(fā)送器; 傳送器; 傳感器(把能量從一種方式轉(zhuǎn)換成另一種方式的安裝。)Sandia National Laboratories iMEMS P

2、re-etched trench to house MEMS structures CMP to planarize the wafer for regular CMOS processing Wet etch to release MEMS structures Need a dedicated production line敏感元件的集成化和智能化 敏感元件的集成化 CCD sensor 陣列和信號處置構(gòu)造的集成 光敏開關(guān)，熱敏開關(guān)：傳感器和轉(zhuǎn)換開關(guān)集成 敏感元件的智能化 遙感攝像:數(shù)據(jù)記憶、儲存 身份識別：簽字或指紋、聲音等得比較、判決 微電子機(jī)械microelectronic mach

3、ine system)敏感元件的種類力敏sensor熱敏傳感器濕敏傳感器氣敏傳感器光敏傳感器磁敏傳感器壓敏傳感器離子敏sensor聲敏sensor射線敏sensor色敏sensor電磁波敏sensor軍用sensor醫(yī)用sensor生化sensor民用sensorMEMS微電子機(jī)械系統(tǒng)潛艇：慣性制導(dǎo)、飛機(jī)：導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星：加速度計導(dǎo)彈：放射線探測器汽車：壓力傳感器、液面?zhèn)鞲衅?、尾氣催化蜂窩載體手機(jī)：電感線圈、麥克通訊：光開關(guān)微鏡計算機(jī)：攝像頭、打印頭噴嘴生物芯片Basic technology of MEMS qBulk micromachiningWet etchSubstrateDRIEbc

4、o-technologiesSacrificial layerstructural MicromotorqMicromirror arrays for compact projectorsqAccelerometers for automotive airbagsqMicromirrors for optical switchingqMany othersmicrostructuresTexas InstrumentsDigital Micromirror DeviceAnalog DevicesAccelerometerLucent Technologys2D mic

5、romirror for optical switchMEMS有何運用? Application AreasBiosensors 生物傳感器生物傳感器Biomedical imaging 成像成像Lab-on-chip 檢測芯片檢測芯片Micro-pumps, Chemical sensorsMicro fluidics 流體學(xué)流體學(xué)Mass spectroscopy質(zhì)譜質(zhì)譜Inertial sensors 慣性慣性Gas sensorsPressure, liquid level程度面程度面, Micromirrors 微鏡微鏡All-optical switchesMicrophonesM

6、icrospeakersMicromirrorsInertial sensorsBiomedical imaging敏感器件設(shè)計電子信息工程學(xué)院2005，4，21敏感元件的種類力敏sensor熱敏傳感器濕敏傳感器氣敏傳感器光敏傳感器磁敏傳感器壓敏傳感器離子敏sensor聲敏sensor射線敏sensor色敏sensor電磁波敏sensor軍用sensor醫(yī)用sensor生化sensor民用sensor敏感元件的種類 微敏感元件MICRO-SENSOR 微傳感器本身 從系統(tǒng)的前級取出所需信息的元器件， 敏感元件、傳感器TRANSDUCER部件對輸入信號進(jìn)展轉(zhuǎn)換后的詳細(xì)輸出，指功能器件的構(gòu)造和執(zhí)行

7、部件微傳感器機(jī)械類：力學(xué)、力矩、加速度、速度、角速度(陀螺)、位置、流量傳感器磁學(xué)類：磁通計、磁場計熱學(xué)類：溫度計化學(xué)類：氣體成分、濕度、PH值和離子濃度傳感器生物學(xué)類：DNA芯片微執(zhí)行部件 微執(zhí)行器：微馬達(dá)、微齒輪、微泵、微閥門、微開關(guān)、微放射器、微揚聲器、微諧振器等 微型構(gòu)件：微膜、微梁、微探針、微齒輪、微彈簧、微腔、微溝道、微錐體、微軸、微連桿等 微機(jī)械光學(xué)器件：微鏡陣列、微光掃描器、微光閥、微斬光器、微干涉儀、微光開關(guān)、微可變焦透鏡、微外腔激光器、光編碼器等噴霧給藥中的微噴嘴敏感元件根底 敏感元件的種類 敏感元件的特性傳感器的普通特性 傳感器靜態(tài)特性 傳感器動態(tài)特性傳感器靜態(tài)特性 線性

8、度 靈敏度 反復(fù)性傳感器動態(tài)特性 動態(tài)測試的問題 傳感器特性研討方法和目的 傳感器數(shù)學(xué)模型 傳送函數(shù)陣列集成構(gòu)造 真空微電子器件：它是微電子技術(shù)、MEMS技術(shù)和真空電子學(xué)開展的產(chǎn)物，具有極快的開關(guān)速度、非常好的抗輻照才干和極佳的溫度特性。主要包括場發(fā)射顯示器、場發(fā)射照明器件、真空微電子毫米波器件、真空微電子傳感器等 電力電子器件：包括利用MEMS技術(shù)制造的垂直導(dǎo)電型MOS(VMOS)器件、V型槽垂直導(dǎo)電型MOS(VVMOS)器件等各類高壓大電流器件汽車工業(yè)每部汽車內(nèi)可安裝30余個傳感器： 氣囊，壓力、溫度、濕度、氣體等微噴嘴智能汽車控制系統(tǒng)工業(yè)控制化工廠自動化控制中的探測器等敏感器件設(shè)計電子信

9、息工程學(xué)院2005，4，25傳感器的開展方向 1、向高精度開展： 隨著自動化消費程度的不斷提高，對傳感器的要求也在不斷提高，必需研制出具有靈敏度高、準(zhǔn)確度高、呼應(yīng)速度快、互換性好的新型傳感器以確保消費自動化的可操作性。目前能消費萬分之一以上的傳感器的廠家為數(shù)很少，其產(chǎn)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。 傳感器的開展方向 2、向高可靠性、寬溫度范圍開展： 傳感器的可靠性直接影響到電子設(shè)備的抗干擾等性能，研制高可靠性、寬溫度范圍的傳感器將是永久性的方向。提高溫度范圍歷來是大課題，大部分傳感器其任務(wù)范圍都在-2070，在軍用系統(tǒng)中要求任務(wù)溫度在-4085范圍，而汽車鍋爐等場所要求傳感器任務(wù)所限的溫度更高或溫度范

10、圍更寬，因此開展新興資料如陶瓷的傳感器將很有出路。 傳感器的開展方向 3、向微型化開展： 各種控制儀器設(shè)備的功能越來越強(qiáng)，要求各個部件擠占位置越小越好，因此傳感器本身體積也是越小越好，這就要求開展新的資料及加工技術(shù)，目前利用硅資料制造的傳感器體積曾經(jīng)很小。如傳統(tǒng)的加速度傳感器是由重力塊和彈簧等制成的，體積較大、穩(wěn)定性差、壽命也短，而利用激光等各種微細(xì)加工技術(shù)制成的硅加速度計體積非常小、互換性可靠性都較好。傳感器的開展方向 4、向微功耗及無源化開展： 傳感器普通都是非電量向電量的轉(zhuǎn)化，任務(wù)時離不開電源，在野外現(xiàn)場或遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地方，往往是用電池供電或用太陽能等供電，開發(fā)微功耗的傳感器及無源傳感器是

11、必然的開展方向，這樣既可以節(jié)省能源又可以提高系統(tǒng)壽命。目前，低功率損耗的芯片開展很快，如T12702運算放大器，靜態(tài)功耗只需1.5A，而任務(wù)電壓只需25V。 傳感器的開展方向 5、向智能化數(shù)字化開展： 隨著現(xiàn)代化的開展，傳感器的功能已突破傳統(tǒng)的功能，其輸出不再是一個單一的模擬信號如010mV，而是經(jīng)過微電腦處置好后的數(shù)字信號，有的甚至帶有控制功能，這就是所說的數(shù)字傳感器。 敏感元件資料根底 敏感元件的物理效應(yīng) 敏感元件的機(jī)理 敏感元件資料 開發(fā)溫-光敏、力-光敏、磁-光敏、電-光敏、核-光敏等各類敏感資料，研討光纖傳感工程化的關(guān)鍵技術(shù)新型特種敏感光纖。二、技術(shù)開發(fā)的總體目的和重點義務(wù) 重點開發(fā)

12、高精度NTC傳感器產(chǎn)品技術(shù)、高可靠PTC熱敏電阻技術(shù)、合金薄膜壓力傳感器消費技術(shù)、光纖傳感器技術(shù)；構(gòu)成力、熱、磁傳感器的規(guī)?；M。 敏感元件及傳感器消費技術(shù)，近年來在世界各國得到迅速開展。美國、法國、德國、荷蘭、俄羅斯、 日本等國已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。我國在研制敏感元件及化感器方面有一定技術(shù)根底并已研制開發(fā)了部分敏感元件及傳感器，主要技術(shù)性能目的已到達(dá)國際先進(jìn)程度，但目前尚未實現(xiàn)工業(yè)化消費。三、主要技術(shù)開發(fā)內(nèi)容及目的 (-)高精度NTC敏感元件及傳感器開發(fā)納米級粉體制備技術(shù)，熱等靜壓成形技術(shù)，高致密度燒結(jié)技術(shù)，精細(xì)切割和阻值控制與調(diào)整技術(shù)，傳感器封裝與密封技術(shù)。 (二)高可靠PTC熱敏電阻批量消費時

13、，開關(guān)壽命 10萬次。 開發(fā)內(nèi)容包括：超細(xì)粉碎技術(shù)工藝優(yōu)化、控制晶粒均性的燒結(jié)工藝和設(shè)備、消除微裂紋的新型焊接工藝和設(shè)備、耐300阻燃包封資料的研討。 (三)關(guān)鍵消費設(shè)備和儀器 1.延續(xù)磁控濺射設(shè)備 2. PTc電壓系數(shù)、 R-T特點、V-I特性測試儀； 3.焊接設(shè)備； 4.快速編帶機(jī)(180250個min)。敏感元件的種類 2.光纖傳感器共有制造技術(shù) 包括： 顯微腐蝕、顯微火焰、顯微研磨、顯微光刻等加工技術(shù)，凈化技術(shù),光纖涂復(fù)技術(shù),特種光纖拉制技術(shù)，組裝技術(shù)及檢測技術(shù) 3.光纖傳感器工程配套技術(shù)及器件、儀表。 4.光纖傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)如光纖傳感網(wǎng)絡(luò)的通用技術(shù)、時分網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、頻分網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 5.光

14、纖傳感器系統(tǒng) 包括液位類光纖傳感器系統(tǒng)、溫度類光纖柜位計、應(yīng)變類光纖傳感器系統(tǒng)、電力系統(tǒng)多參數(shù)檢測、工業(yè)系統(tǒng)消費過程參數(shù)在線監(jiān)測及其它方面的光纖傳感器。(四)薄膜敏感元件的薄膜構(gòu)造及消費工藝。產(chǎn)品一致性達(dá)60%以上。(五)敏感元件特殊焊接工藝1.金屬彈性體及管座密封焊的研討開發(fā)。要求焊縫強(qiáng)度不破壞、不走漏、抗壓力60MPa,焊接氣密性漏氣率110 -4Pacm3S； 2.內(nèi)引線焊接工藝,處理金絲球焊的二次焊接技術(shù)，金絲球焊抗斷強(qiáng)度20g。(六)光纖傳感關(guān)鍵技術(shù)1.光纖敏感資料的工程化技術(shù) 四、經(jīng)濟(jì)、社會效益和市場前景 敏感元件和傳感器是信息產(chǎn)業(yè)的重要根底元件。傳感器的運用將推進(jìn)石油化工、冶金、

15、建材、電力等國民經(jīng)濟(jì)重要部門高技術(shù)的開展，具有宏大的社合效益。敏感元件及傳感器廣泛用于計算機(jī)開關(guān)電源、彩色顯示器、程控交換機(jī)和通訊機(jī)、汽車、工業(yè)自動化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和國防工程，并大量用于彩電、空調(diào)、冰箱測溫控溫及電路溫度補(bǔ)償馬達(dá)啟動維護(hù)、過熱維護(hù)等。年產(chǎn)3000萬只PTC和lOOO萬只NTC， 可創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益超億元。估計今后五年增長率超越10，中國和東南亞市場年增長率可達(dá)20。我國有近百萬座大、中型油罐及十余萬壓力容器液體檢測，僅急需的十幾萬套光纖傳感器，產(chǎn)值達(dá)20余億元，鐵道油罐車光纖裝油自動計量系統(tǒng)，需求量達(dá)10億元以上。另外，煤氣光纖相位計，應(yīng)變光纖傳感器、光纖閥位回訊器等廣泛用于冶金、化工

16、、 醫(yī)藥、食品等部門，將有數(shù)億元的市場潛力。市場前景看好。 微執(zhí)行部件 微執(zhí)行器：微馬達(dá)、微齒輪、微泵、微閥門、微開關(guān)、微放射器、微揚聲器、微諧振器等 微型構(gòu)件：微膜、微梁、微探針、微齒輪、微彈簧、微腔、微溝道、微錐體、微軸、微連桿等 微機(jī)械光學(xué)器件：微鏡陣列、微光掃描器、微光閥、微斬光器、微干涉儀、微光開關(guān)、微可變焦透鏡、微外腔激光器、光編碼器等敏感器件設(shè)計電子信息工程學(xué)院2005，5，9敏感器件設(shè)計 敏感元件資料 壓力傳感器 物位傳感器 力敏傳感器和力敏元件 力敏傳感器的種類甚多，傳統(tǒng)的丈量方法是利用彈性資料(絲、箔薄膜)的形變和位移來表示。隨著微電子技術(shù)的開展，利用半導(dǎo)體資料的壓阻效應(yīng)即

17、對其某一方向施加壓力，其電阻率就發(fā)生變化和良好的彈性，曾經(jīng)研制出體積小、分量輕、靈敏度高的力敏傳感器，廣泛用于壓力、加速度等物理力學(xué)量的丈量。薄膜敏感元件 薄膜構(gòu)造及消費工藝 金屬絲、金屬箔 壓阻片 壓電晶體、壓電陶瓷。 壓阻片 電阻應(yīng)變片是把一根電阻絲機(jī)械的分布在一塊有機(jī)資料制成的基底上，即成為一片應(yīng)變片。設(shè)有一個金屬電阻絲，其長度為L，橫截面是半徑為r的圓形，其面積記作S，其電阻率記作，這種資料的泊松系數(shù)是。當(dāng)這根電阻絲未受外力作用時，它的電阻值為R： R = L/S壓阻片 對式2-1求全微分，即求出電阻絲伸長后，他的電阻值改動了多少。我們有： R = L/S + L/S SL/S2 用式

18、2-1去除式2-2得到 R/R = / + L/L S/S 另外，我們知道導(dǎo)線的橫截面積S = r2，那么 s = 2r*r，所以壓阻片 S/S = 2r/r 24 從資料力學(xué)我們知道 r/r = -L/L 25 其中，負(fù)號表示伸長時，半徑方向是減少的。是表示資料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。把式2425代入2-3，有 R/R = / + L/L + 2L/L =1 + 2/L/L*L/L = K *L/L 2-6 其中 K = 1 + 2 +/L/L -壓阻片 式2-6闡明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率電阻相對變化和電阻絲伸長率長度相對變化之間的關(guān)系。 需求闡明的是：靈敏度系數(shù)K值的大小是由制造金屬電阻絲資料

19、的性質(zhì)決議的一個常數(shù)，它和應(yīng)變片的外形、尺寸大小無關(guān)，不同的資料的K值普通在1.73.6之間；其次K值是一個無因次量，即它沒有量綱。 在資料力學(xué)中L/L稱作為應(yīng)變，記作，用它來表示彈性往往顯得太大，很不方便壓阻片 經(jīng)常把它的百萬分之一作為單位，記作。這樣，式-常寫作： R/R = K (28)壓電晶體壓力式物位傳感器 普通采用半導(dǎo)體膜盒構(gòu)造，利用金屬片接受液體壓力經(jīng)過封入的硅油導(dǎo)壓傳送給半導(dǎo)體應(yīng)變片進(jìn)展液位的丈量。由于固態(tài)壓力傳感器壓阻電橋式性能的提高和微處置技術(shù)的開展，壓力式物位傳感器的運用愈來愈廣。近年來曾經(jīng)研制出了體積小、溫度范圍寬、可靠性好、精度高的壓力式物位傳感器，同時，其運用范圍也

20、不斷地拓寬。電容式物位傳感器 l、電容式物位傳感器有兩個導(dǎo)體電極通常把容器壁作為一個電極，由于電極間是氣體、流體或固體而導(dǎo)致靜電容的變化，因此可以敏感物位。它的敏感元件有三種方式，即棒狀、線狀和板狀，其任務(wù)溫度、壓力主要受絕緣資料的限制。電容式物位傳感器可以采用微機(jī)控制，實現(xiàn)自動調(diào)整靈敏度，并且具有自診斷的功能，同時可以檢測敏感元件的破損、絕緣性的降低、電纜和電路的缺點等，并可以自動報警，實現(xiàn)高可靠性的信息傳送。由于電容式物位傳感器無機(jī)械可動部分，且敏感元件簡單，外形和構(gòu)造的自在性大，操作方便，因此，它是運用最廣的一種物位傳感器。敏感器件設(shè)計電子信息工程學(xué)院2005，5，26主要類型的傳感器硅

21、壓力傳感器加速度傳感器濕度傳感器光敏感器件紅外探測器溫度敏感器件氣體敏感器件氣體敏感器件運用特點研討現(xiàn)狀檢測原理及其實現(xiàn)研討舉例運用特點研討現(xiàn)狀 微型氣體傳感器的用途及特點微型氣體傳感器的用途及特點 運用運用 軍事：防備敵方生化武器的攻擊軍事：防備敵方生化武器的攻擊體積小、分量輕體積小、分量輕，由它組成的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)有望實現(xiàn)單兵配備，由它組成的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)有望實現(xiàn)單兵配備 民用：大氣污染、工業(yè)廢氣的監(jiān)控，以及對食品的質(zhì)民用：大氣污染、工業(yè)廢氣的監(jiān)控，以及對食品的質(zhì)量檢測、偽劣產(chǎn)品的鑒別量檢測、偽劣產(chǎn)品的鑒別理想的氣敏傳感器應(yīng)有如下幾個特點理想的氣敏傳感器應(yīng)有如下幾個特點： 選擇性好；選擇性好；

22、 靈敏度高；靈敏度高； 呼應(yīng)時間短；呼應(yīng)時間短； 長期任務(wù)穩(wěn)定性好；長期任務(wù)穩(wěn)定性好； 壽命長；壽命長； 本錢低，運用維修方便。本錢低，運用維修方便。氣體傳感器的研討現(xiàn)狀氣體傳感器的研討現(xiàn)狀 電量型器件電量型器件利用敏感元件接觸被測氣體后所發(fā)生利用敏感元件接觸被測氣體后所發(fā)生的電學(xué)量的變化來實現(xiàn)對氣體的檢測。的電學(xué)量的變化來實現(xiàn)對氣體的檢測。薄膜電導(dǎo)型氣體傳感器：薄膜電導(dǎo)型氣體傳感器：二極管型氣體傳感器：二極管型氣體傳感器：場效應(yīng)管型氣體傳感器場效應(yīng)管型氣體傳感器: :晶體管型氣體傳感器：晶體管型氣體傳感器：平面熱線型氣體傳感器：平面熱線型氣體傳感器：電化學(xué)氣體傳感器電化學(xué)氣體傳感器: :固態(tài)

23、電解質(zhì)氣體傳感器固態(tài)電解質(zhì)氣體傳感器: : 質(zhì)量型器件質(zhì)量型器件利用氣體敏感膜吸附了被測氣利用氣體敏感膜吸附了被測氣體后敏感膜的質(zhì)量發(fā)生變化類進(jìn)展氣體的檢測。體后敏感膜的質(zhì)量發(fā)生變化類進(jìn)展氣體的檢測。特點：可將被丈量轉(zhuǎn)換為頻率輸出，精度高、抗干特點：可將被丈量轉(zhuǎn)換為頻率輸出，精度高、抗干擾才干強(qiáng)、易于與計算機(jī)等處置系統(tǒng)接口。擾才干強(qiáng)、易于與計算機(jī)等處置系統(tǒng)接口。石英晶體氣體傳感器：石英晶體氣體傳感器：硅梁諧振器氣體傳感器硅梁諧振器氣體傳感器 質(zhì)量電量型器件質(zhì)量電量型器件既能利用氣體敏感膜的質(zhì)量既能利用氣體敏感膜的質(zhì)量變化，又能利用氣體敏感膜的電學(xué)量變化來實現(xiàn)變化，又能利用氣體敏感膜的電學(xué)量變化

24、來實現(xiàn)對氣體的檢測。對氣體的檢測。聲外表波氣體傳感器：在壓電晶體外表的聲波傳輸聲外表波氣體傳感器：在壓電晶體外表的聲波傳輸途徑上涂覆一層選擇性地吸附特定氣體成分的敏途徑上涂覆一層選擇性地吸附特定氣體成分的敏感膜，當(dāng)其吸附氣體時，引起聲外表波傳播速度感膜，當(dāng)其吸附氣體時，引起聲外表波傳播速度的變化，進(jìn)而引起振蕩頻率的變化，從頻率的變的變化，進(jìn)而引起振蕩頻率的變化，從頻率的變化可測定氣體的濃度?；蓽y定氣體的濃度。壓電晶體諧振傳感器：在傳感器上淀積聚吡咯導(dǎo)電壓電晶體諧振傳感器：在傳感器上淀積聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合膜，在吸附甲醇、乙醇等氣體后電導(dǎo)會發(fā)生復(fù)合膜，在吸附甲醇、乙醇等氣體后電導(dǎo)會發(fā)生改動，同時經(jīng)過

25、丈量傳感器上壓電晶體的諧振頻改動，同時經(jīng)過丈量傳感器上壓電晶體的諧振頻率的變化來檢測氣體。率的變化來檢測氣體。在兩個傳感器上分別在兩個傳感器上分別進(jìn)展丈量，壓電資料很難與常規(guī)微電子工藝相兼進(jìn)展丈量，壓電資料很難與常規(guī)微電子工藝相兼容。容。 二 檢測原理及其實現(xiàn)根本原理 叉叉指指電電極極 氣氣敏敏膜膜 硅硅梁梁 氣敏膜的電導(dǎo)率氣敏膜的電導(dǎo)率 msne=求導(dǎo)得求導(dǎo)得 msneD=D 即即 msD=Dne 假設(shè)設(shè)氣體敏感膜吸附的氣體分子數(shù)為假設(shè)設(shè)氣體敏感膜吸附的氣體分子數(shù)為k1，那么可求出單個氣，那么可求出單個氣體分子在吸附時所轉(zhuǎn)移的電荷量體分子在吸附時所轉(zhuǎn)移的電荷量qs為：為： m s 1 1 k

26、 k ne q s D = D = 硅梁經(jīng)激振產(chǎn)生諧振，帶有氣體敏感膜的硅梁的諧振頻率硅梁經(jīng)激振產(chǎn)生諧振，帶有氣體敏感膜的硅梁的諧振頻率 f 可表示為：可表示為： 2101=Mmff 對該式求導(dǎo)，并整理得對該式求導(dǎo)，并整理得： 23012D=DMmMmff 由由于于 mM, 得得出出 Mmff20D=D 即即 02ffMmD=D 假設(shè)設(shè)氣體敏感膜吸附的氣體分子數(shù)為假設(shè)設(shè)氣體敏感膜吸附的氣體分子數(shù)為k2，那么可求出單個氣體分子的質(zhì)量，那么可求出單個氣體分子的質(zhì)量ms為：為： 02022fkfMkmmsD=D=該氣體分子的荷質(zhì)比該氣體分子的荷質(zhì)比r為：為： fMkfkmqrssDD=ms1022k

27、1=k2 fMfmqrssDD=ms20研討舉例需求思索的問題需求思索的問題 頻率檢測方式；頻率檢測方式； 如何簡化構(gòu)造和工藝并盡量與集成電路工藝兼容；如何簡化構(gòu)造和工藝并盡量與集成電路工藝兼容； 減小薄膜構(gòu)造層的應(yīng)力；減小薄膜構(gòu)造層的應(yīng)力； 氣敏膜資料的選擇；氣敏膜資料的選擇；叉指加熱測溫電極的幅員叉指加熱測溫電極的幅員 傳感器構(gòu)造表示圖 SiSiO2/Si3N4Resonate beamSensitive filmBottom electrodeTop electrodeHeating/Detecting resistorFig. 3.1 Schematic drawing of the

28、sensor structure3. 模擬與優(yōu)化 外形外形尺寸尺寸um一階頻一階頻率率kHz二階頻二階頻率率kHz三階三階頻率頻率kHz矩矩形形350300.45169.74313.1950030065.9296.93182.51兩兩腳腳形形L1:300 L2:50W1:200 W2:15061.9486.64176.91四四腳腳形形L1L2L3W1W2100.79130.51242.9130014050200753001405020015049.5770.08149.3530010010020075111.09157.73275.922. 任務(wù)原理amplifierV+VoutRfout 傳

29、感器的檢測原理表示圖laser電阻檢測系統(tǒng)電阻檢測系統(tǒng)1叉指電極叉指電極2氣體敏感膜氣體敏感膜3外接丈量電路外接丈量電路 質(zhì)量檢測系統(tǒng)質(zhì)量檢測系統(tǒng)電容檢測：電容檢測：is =dq/dt=dCs/dt *Vs激光檢測光學(xué)多普勒效應(yīng)激光檢測光學(xué)多普勒效應(yīng) 實驗實驗 多晶硅側(cè)墻實驗多晶硅側(cè)墻實驗處理外表平坦化處理外表平坦化 多晶硅：耐氫氟酸腐蝕的才干較強(qiáng)多晶硅：耐氫氟酸腐蝕的才干較強(qiáng) 應(yīng)力較小應(yīng)力較小 步驟：步驟： LPCVD PSG 2mm; 光刻、刻蝕光刻、刻蝕 PSG; LPCVD PolySi 2mm; RIE PolySi 構(gòu)成側(cè)墻構(gòu)成側(cè)墻2. Si3N4的應(yīng)力實驗的應(yīng)力實驗 實驗過程實驗

30、過程 選片，丈量硅片的原始應(yīng)力選片，丈量硅片的原始應(yīng)力; 熱氧化構(gòu)成熱氧化構(gòu)成2000的的SiO2,丈量應(yīng)力丈量應(yīng)力; LPCVD Si3N4 2000 ，丈量應(yīng)力，丈量應(yīng)力; 對對Si3N4進(jìn)展離子注入，分別采用不同的工藝條件進(jìn)展離子注入，分別采用不同的工藝條件 磷離子磷離子P硼離子硼離子B一樣劑量一樣劑量5E15 不不同能量同能量130，150，180kev40,70,100(kev)一樣能量一樣能量(130kev)不同不同劑量劑量0, 1E14, 5E15 3.下電極資料的選擇實驗下電極資料的選擇實驗 要求：要求： 導(dǎo)電性好導(dǎo)電性好 抗氫氟酸才干強(qiáng)抗氫氟酸才干強(qiáng) Pt 與襯底資料的粘附性與襯底資料的粘附性PtSi 硅化鉑耐王水腐蝕實驗硅化鉑耐王水腐蝕實驗PolySi摻雜摻雜5. Pt黏附性實驗加強(qiáng)外表金屬連線的抗腐蝕性 選片，三種資料：Si3N42000 、SiO22000 、 Si為襯底的樣片; 濺射Pt(1000 )或Au/Pt，在濺射之前每種樣片分出一片 進(jìn)展反濺，目的是將襯底外表粗糙化以加強(qiáng)鉑與其的黏附 性。 進(jìn)展氫氟酸HF腐蝕實驗，時間分別為7分鐘犧牲層