【摘要】：吸氣劑是維持真空封裝型MEMS器件真空度水平以提升其性能和長期穩(wěn)定性的重要組成單元�，F(xiàn)有的薄膜吸氣劑低容量、不可調(diào)控的吸氣性能及長時間先激活的封裝方式制約了 MEMS器件的批量化制備。本文針對吸氣劑吸氣性能的優(yōu)化和可調(diào)控激活的應(yīng)用需求,提出了利用3D納米支架基與微區(qū)感應(yīng)加熱激活相結(jié)合的原理方案。論文圍繞非蒸散型吸氣劑測試系統(tǒng)的設(shè)計、3D納米支架制備與形貌調(diào)控、3D納米支架基Ti膜吸氣劑的制備、3D納米支架的傳熱性能測試與吸氣劑的定性分析等方面開展研究,最終獲得了具有較高吸氣性能與可實現(xiàn)微區(qū)感應(yīng)加熱激活的3D納米支架基吸氣劑。主要開展了以下幾個部分的工作:(1)提出了基于定容法和定壓法的新型復(fù)合法吸氣劑測試原理,并且據(jù)此設(shè)計了基于感應(yīng)加熱激活原理的非蒸散型吸氣劑測試系統(tǒng)。系統(tǒng)可實現(xiàn)的極限真空度為9.8×10-4Pa,工作壓強為4.5×10-1Pa,系統(tǒng)漏率為8.71×10-5Pa.L/s,可實現(xiàn)最小吸氣容量為0.01Pa·L,最小吸氣速率為10-4 Pa·L/s的吸氣劑性能檢測。(2)通過定向電結(jié)晶和陽極氧化的兩種方法,制備了鎳基塔狀納米結(jié)構(gòu)和多孔氧化鋁結(jié)構(gòu)兩種3D納米支架,并獲得了相應(yīng)的尺寸調(diào)控規(guī)律。確定鎳基塔狀結(jié)構(gòu)的底部直徑為350～420nm,高度為650～712nm,多孔氧化鋁孔洞孔徑大小為350nm左右,該兩種結(jié)構(gòu)的制備為3D納米支架基高效能吸氣劑的制備奠定了基礎(chǔ)�？紤]到后續(xù)大部分MEMS封裝工藝需要在硅基底上進(jìn)行,因此在硅基底上對上述兩種3D納米支架進(jìn)行了制備。結(jié)合Ti系吸氣劑的制備工藝,重點考察了 Ti膜沉積形貌和支架結(jié)構(gòu)之間的配合關(guān)系,確定了較為合理的Ti膜沉積厚度。(3)考慮到后續(xù)吸氣劑的激活,對兩種3D納米支架的感應(yīng)加熱及傳熱參數(shù)進(jìn)行了研究,獲得了 3D納米支架結(jié)構(gòu)的傳熱尺度效應(yīng),結(jié)果表明,由于受聲子散射效應(yīng)強化的影響,微納米尺度會導(dǎo)致材料的導(dǎo)熱系數(shù)和熱擴散系數(shù)下降,該特性有利于吸氣劑感應(yīng)加熱激活后的保溫和激活過程中的熱穩(wěn)定性。(4)對多孔氧化鋁支架、鎳基塔狀納米支架與兩級鎳基塔狀納米支架進(jìn)行BET比表面積測試,獲得其比表面積分別為35.632 m2/g、6.435 m2/g、7.914m2/g,表明本文所制備3D納米支架基吸氣劑具有較高的比表面積,對不同3D納米支架Ti基吸氣劑進(jìn)行熱重分析測試(Thermal Gravimetric Analyzer,TGA),結(jié)果表明兩級鎳基塔狀納米支架基吸氣劑吸氣性能最佳,吸氣量為2.72395mg,吸氣速率為6.9×10-4mg/(s·g),而多孔氧化鋁支架吸氣劑的吸氣性能較低。綜合對比可知,本文所制備的鎳基塔狀納米支架基吸氣劑具有較大比表面積和鐵磁特性,因而具有優(yōu)越的吸氣性能和可感應(yīng)加熱激活雙重優(yōu)點。
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH-39
【圖文】：

（ＲＦＭＥＭＳ）等等［６＿９］。而ＭＥＭＳ產(chǎn)品的種類也是非常豐富，比較典型的ＭＥＭＳ逡逑的產(chǎn)品有ＭＥＭＳ壓力傳感器、ＭＥＭＳ加速度傳感器、ＭＥＭＳ陀螺等等，按用途逡逑可分為ＭＥＭＳ傳感器與ＭＥＭＳ執(zhí)行器［１（）；１１］，如圖１．１所示。而在未來，隨著物逡逑聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，在智能手機和可穿戴式設(shè)備中ＭＥＭＳ傳感器和制動器的應(yīng)用逡逑將以數(shù)百計［１１；邋１２］。ＭＥＭＳ器件憑借其體積小、高集成度、高精度、低能耗、響逡逑應(yīng)速度快、性能穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低、高產(chǎn)品附加值和便于批量生產(chǎn)的優(yōu)點具有廣逡逑闊和非常可觀的市場應(yīng)用前景。逡逑Ｓｅｎｓｉｎｇ邋ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ邐Ａｃｔｕａｔｉｎｇ邋ａｐｐｕｃａｔｔｏｎｓ逡逑邐人邐Ｎ邋，邐人邐Ｓ逡逑Ｖｏｉｃｅ邋／邐Ｍｏｔｉｏｎ邋／邐Ｐｒｅｓｓｕｒｅ邐Ｐｒｏｊｅｃｔｉｎｇ邋／邐ＲＦ邋ｒｅｌａｔｅｄ邐Ｍａｎａｇｉｎｇ邐Ｅｍｅｒｇｉｎｇ逡逑Ｓｏｕｎｄ邐ｐｏｓｉｔｉｏｎ邐ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ邐ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ邋Ｌｉｇｈｔ邐ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ邐ｆｌｕｉｄｓ邐ＭＥＭＳ．逡逑？邋Ｓｉｌｉｃｏｎ邐？邋Ｇｙｒｏｓｃｏｐｅｓ邐．邋ＰｒＭＳｕｒｅ邋？邋Ｍｉｃｒｏ－邐？邋Ｏｓｄｌａｔｏｒｓ／邋？邋Ｉｎｋ．ｊｒｔＭＥＭＳ邋，Ｍ－Ｄ丨ｓｐｌａｙｓ．逡逑分邐Ｃ少露＿逡逑？邐．邋Ａｃｃｅ．ｅｒｏｍｅｔｅｒｓ邐？邋ＲＦ＊ＭＥＭＳ邐？邋Ａｕ＾ｆｏｃｕｓ逡逑▲邐ｓｖ＾ｃｈｅｓ邐？邋Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ邋＆邐ａｃｔｕａｔｏｒｓ逡逑＜Ａ＞邐？邋ＺＬ邐０逡逑一■二二逡逑？邐Ｆｕｓｉｏｎ邋ｓｅｎｓｏｒ逡逑ｃｏｍｂｏｓ邋灥邋Ｓ邐．邋＿ｅｒ

（ＲＦＭＥＭＳ）等等［６＿９］。而ＭＥＭＳ產(chǎn)品的種類也是非常豐富，比較典型的ＭＥＭＳ逡逑的產(chǎn)品有ＭＥＭＳ壓力傳感器、ＭＥＭＳ加速度傳感器、ＭＥＭＳ陀螺等等，按用途逡逑可分為ＭＥＭＳ傳感器與ＭＥＭＳ執(zhí)行器［１（）；１１］，如圖１．１所示。而在未來，隨著物逡逑聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，在智能手機和可穿戴式設(shè)備中ＭＥＭＳ傳感器和制動器的應(yīng)用逡逑將以數(shù)百計［１１；邋１２］。ＭＥＭＳ器件憑借其體積小、高集成度、高精度、低能耗、響逡逑應(yīng)速度快、性能穩(wěn)定、生產(chǎn)成本低、高產(chǎn)品附加值和便于批量生產(chǎn)的優(yōu)點具有廣逡逑闊和非常可觀的市場應(yīng)用前景。逡逑Ｓｅｎｓｉｎｇ邋ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ邐Ａｃｔｕａｔｉｎｇ邋ａｐｐｕｃａｔｔｏｎｓ逡逑邐人邐Ｎ邋，邐人邐Ｓ逡逑Ｖｏｉｃｅ邋／邐Ｍｏｔｉｏｎ邋／邐Ｐｒｅｓｓｕｒｅ邐Ｐｒｏｊｅｃｔｉｎｇ邋／邐ＲＦ邋ｒｅｌａｔｅｄ邐Ｍａｎａｇｉｎｇ邐Ｅｍｅｒｇｉｎｇ逡逑Ｓｏｕｎｄ邐ｐｏｓｉｔｉｏｎ邐ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ邐ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ邋Ｌｉｇｈｔ邐ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ邐ｆｌｕｉｄｓ邐ＭＥＭＳ．逡逑？邋Ｓｉｌｉｃｏｎ邐？邋Ｇｙｒｏｓｃｏｐｅｓ邐．邋ＰｒＭＳｕｒｅ邋？邋Ｍｉｃｒｏ－邐？邋Ｏｓｄｌａｔｏｒｓ／邋？邋Ｉｎｋ．ｊｒｔＭＥＭＳ邋，Ｍ－Ｄ丨ｓｐｌａｙｓ．逡逑分邐Ｃ少露＿逡逑？邐．邋Ａｃｃｅ．ｅｒｏｍｅｔｅｒｓ邐？邋ＲＦ＊ＭＥＭＳ邐？邋Ａｕ＾ｆｏｃｕｓ逡逑▲邐ｓｖ＾ｃｈｅｓ邐？邋Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ邋＆邐ａｃｔｕａｔｏｒｓ逡逑＜Ａ＞邐？邋ＺＬ邐０逡逑一■二二逡逑？邐Ｆｕｓｉｏｎ邋ｓｅｎｓｏｒ逡逑ｃｏｍｂｏｓ邋灥邋Ｓ邐．邋＿ｅｒ

由于器件腔體特征尺寸（０．０１邋ｍｍ３？ｌｃｍ３）的減小，即使是高質(zhì)量的ＭＥＭＳ逡逑封裝工藝，微小的泄漏和內(nèi)部放氣，也將對ＭＥＭＳ器件的壽命和性能產(chǎn)生嚴(yán)重逡逑的影響［２３］。圖１．３為器件腔體內(nèi)的各種氣體來源，封裝鍵合工藝過程鍵合界面的逡逑形成或斷裂會發(fā)生放氣［２４＝６］，這種瞬間放氣會導(dǎo)致鍵合后腔體內(nèi)氣壓呈現(xiàn)較大幅逡逑度的回升；ＭＥＭＳ器件材料表面脫氣、氣體滲透與泄漏，都有可能會使真空腔逡逑體會在一段時間后失去真空環(huán)境，甚至達(dá)到大氣壓水平，使得器件失效。逡逑Ｉ，合陰極板p海輩牧希撟澹尥稿義蠐u合放氣邋ｌ＾ｒ—＾邐氣體泄漏逡逑搖合陽極板逡逑圖１．３邋ＭＥＭＳ器件中的氣體來源逡逑１．２．３邋ＭＥＭＳ真空封裝的研究現(xiàn)狀逡逑為了實現(xiàn)ＭＥＭＳ器件的真空封裝，克服真空封裝中的各種氣體來源，長期逡逑保持器件的高真空水平，許多學(xué)者開展了相關(guān)研究。主要的方法有改進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)逡逑與工藝、集成微型真空泵、鍵合前充分烘烤、采用放氣量少的封裝工藝或者材料逡逑（如局部加熱封裝、低溫真空封裝）以及引入吸氣劑等。逡逑在改進(jìn)封裝結(jié)構(gòu)和工藝上，Ｍ．邋Ｍ．邋Ｔｏｒｕｎｂａｌｃｉ［２７］在ＭＥＭＳ器件層上設(shè)計垂直逡逑貫通用于沉積吸氣劑實現(xiàn)了邋１５０邋ｍｔｏｒｒ的真空封裝

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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3 歐振德;劉志堅;王茂安;黃海鋒;;一種變溫變壓恒容吸氣性能測試裝置的原理及應(yīng)用[J];理化檢驗(物理分冊);2014年04期

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7 卜繼國;毛昌輝;張艷;尉秀英;杜軍;;非蒸散型薄膜吸氣材料研究進(jìn)展[J];真空科學(xué)與技術(shù)學(xué)報;2012年04期

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9 李妍;王磊;張艷;李騰飛;杜軍;;多孔Ti-Mo合金的微觀結(jié)構(gòu)及吸氣性能研究[J];稀有金屬;2010年04期

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本文編號：2806837