本文關(guān)鍵詞：基于MEMS的皮拉尼真空壓力計(jì)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)皮拉尼(Pirani)真空壓力計(jì)是一種基于微納結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)式真空壓力測量裝置,它通過皮拉尼效應(yīng)和熱電耦合原理能夠?qū)崿F(xiàn)真空環(huán)境的壓力監(jiān)測。與傳統(tǒng)的真空壓力計(jì)相比,微機(jī)電皮拉尼計(jì)不僅體積小、能耗低、工作溫度低,還具有熱反應(yīng)時(shí)間快、測量范圍廣的優(yōu)點(diǎn),對微型皮拉尼計(jì)的研究具有重要的科學(xué)價(jià)值和工程應(yīng)用價(jià)值。本文在調(diào)研了微機(jī)電皮拉尼真空壓力的測量工作原理、相關(guān)理論背景及國內(nèi)外研究發(fā)展動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)上,針對一種氮化硅(Si3N4)薄膜結(jié)構(gòu)的皮拉尼真空計(jì)開展重點(diǎn)研究,旨在運(yùn)用氮化硅薄膜結(jié)構(gòu),獲得高性能皮拉尼真空氣壓計(jì)。提出并設(shè)計(jì)了一種氮化硅薄膜結(jié)構(gòu)皮拉尼真空計(jì),在分析了皮拉尼真空計(jì)的工作原理及真空氣體導(dǎo)熱模型的基礎(chǔ)上,建立了真空計(jì)的熱電耦合模型,分析了器件物理尺寸的變化對器件的性能參數(shù)的影響。設(shè)計(jì)了MEMS皮拉尼真空氣壓計(jì)的微細(xì)加工工藝流程,并完成了真空計(jì)敏感器件的4寸硅片圓片級工藝規(guī)模制作,獲得了高質(zhì)量的皮拉尼真空計(jì)敏感元件,最高敏感度為2.578Ω/lg(Pa),能夠測量0.107-74.12Pa的氣壓。針對難點(diǎn)工藝,鏤空正反面對準(zhǔn)光刻顯影技術(shù)、氮化硅干法刻蝕技術(shù)展開了重點(diǎn)研究,經(jīng)過多次工藝嘗試,總結(jié)出了一系列工藝參數(shù),為制作高性能的微機(jī)電皮拉尼真空計(jì)奠定了基礎(chǔ)。搭建了真空測試環(huán)境,對器件的性能進(jìn)行了測試。分別分析了器件結(jié)構(gòu)中發(fā)熱板的寬度尺寸變化、相鄰發(fā)熱板的間隙變化和增加薄膜上鏤空結(jié)構(gòu)對器件性能的影響。結(jié)果顯示,將發(fā)熱板的寬度由20gm減小至10μm能夠提高器件的靈敏度；將發(fā)熱板間隙由20μm減小至10μm能夠小幅提高器件的靈敏度,不能夠改變器件的測量下限；增加氮化硅薄膜上的鏤空結(jié)構(gòu)能夠?qū)⑵骷臏y量下限向更高真空度氣壓拓展。
【關(guān)鍵詞】：微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS) 皮拉尼計(jì) 真空氣壓測量
【學(xué)位授予單位】：北方工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB77
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-22
• 1.1 引言8-9
• 1.2 MEMS真空氣壓計(jì)及其分類9-11
• 1.3 MEMS皮拉尼真空傳感器及其研究進(jìn)展11-20
• 1.3.1 MEMS皮拉尼傳感器的結(jié)構(gòu)分類11-13
• 1.3.2 國際研究進(jìn)展13-16
• 1.3.3 國內(nèi)研究進(jìn)展16-20
• 1.4 本論文的研究意義及研究內(nèi)容20-22
• 1.4.1 研究意義20-21
• 1.4.2 主要研究內(nèi)容21-22
• 第二章 理論分析22-27
• 2.1 引言22
• 2.2 微尺度下真空氣體傳熱模型22-23
• 2.3 器件熱力學(xué)性能分析23-25
• 2.4 本章小結(jié)25-27
• 第三章 器件設(shè)計(jì)及制備27-41
• 3.1 引言27
• 3.2 器件綜合設(shè)計(jì)27-29
• 3.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)27-28
• 3.2.2 材料選擇28-29
• 3.3 器件工藝流程設(shè)計(jì)29-32
• 3.4 掩膜板版圖設(shè)計(jì)32-34
• 3.5 器件工藝流片34-40
• 3.5.1 光刻工藝34-35
• 3.5.2 氮化硅干法刻蝕35-38
• 3.5.3 硅濕法腐蝕38-39
• 3.5.4 金屬腐蝕工藝39-40
• 3.6 本章小結(jié)40-41
• 第四章 器件性能測試與結(jié)果分析41-57
• 4.1 引言41
• 4.2 測試平臺(tái)的搭建41-44
• 4.3 測試與結(jié)果分析44-56
• 4.3.1 常壓下加熱絲阻值測量45-47
• 4.3.2 器件的氣壓-阻值關(guān)系曲線測試47-50
• 4.3.3 器件的線性度計(jì)算50
• 4.3.4 發(fā)熱板寬度對器件傳感性能的影響50-51
• 4.3.5 發(fā)熱板間隙對器件傳感性能的影響51-53
• 4.3.6 鏤空結(jié)構(gòu)對器件傳感性能的影響53-55
• 4.3.7 器件重復(fù)性測試55-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 第五章 研究總結(jié)與工作展望57-59
• 5.1 本論文完成的主要工作57-58
• 5.2 存在的問題以及工作展望58-59
• 參考文獻(xiàn)59-65
• 在學(xué)期間的研究成果65-66
• 致謝66

【相似文獻(xiàn)】

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1 周吉龍;陳肯樂;張錦文;金玉豐;;微型MEMS皮拉尼計(jì)研究[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2008年03期

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本文編號：279890