第12講 MEMS傳感器

1、第第11章章 MEMS傳感器傳感器 11.1 MEMS傳感器及特點傳感器及特點 11.2 MEMS傳感器加工技術(shù)傳感器加工技術(shù) 11.3 微傳感器的應(yīng)用微傳感器的應(yīng)用 習(xí)題習(xí)題 思考 n世界上最先進(jìn)的世界上最先進(jìn)的MEMSMEMS加工設(shè)備是哪個國家生產(chǎn)的。如加工設(shè)備是哪個國家生產(chǎn)的。如 果我們引進(jìn)這樣的設(shè)備建立實驗室，學(xué)習(xí)和生產(chǎn)的意果我們引進(jìn)這樣的設(shè)備建立實驗室，學(xué)習(xí)和生產(chǎn)的意 義是什么？義是什么？( (從工藝方面考慮從工藝方面考慮) ) n應(yīng)如何維護(hù)應(yīng)如何維護(hù)MEMSMEMS加工設(shè)備的工作環(huán)境？加工設(shè)備的工作環(huán)境？ MEMS概念概念 MEMS（Micro Electric Mechanica

2、l System）：即微）：即微 電子機(jī)械系統(tǒng)。用微電子技術(shù)和微機(jī)械技術(shù)制造的微電子機(jī)械系統(tǒng)。用微電子技術(shù)和微機(jī)械技術(shù)制造的微 敏感器件與微執(zhí)行器的總和。敏感器件與微執(zhí)行器的總和。 MEMSMEMS技術(shù)的應(yīng)用：技術(shù)的應(yīng)用： 大屏幕彩電高分辨率大屏幕彩電高分辨率(2048(20481152)1152)投影顯示屏投影顯示屏DMDDMD； 微型衛(wèi)星、納米衛(wèi)星；微型衛(wèi)星、納米衛(wèi)星； DNADNA反應(yīng)室；反應(yīng)室； 外科手術(shù)微米鑷對血球及外科手術(shù)微米鑷對血球及DNADNA操作技術(shù)等操作技術(shù)等 MEMS傳感器（微傳感器）：傳感器（微傳感器）： 用用MEMS技術(shù)制作的技術(shù)制作的 傳感器；傳感器； 微傳感器：體

3、積小，敏感元件尺寸微傳感器：體積小，敏感元件尺寸0.1100m，其結(jié)，其結(jié) 構(gòu)工藝、設(shè)計等許多特殊的現(xiàn)象和規(guī)律；構(gòu)工藝、設(shè)計等許多特殊的現(xiàn)象和規(guī)律； 常見微電子器件：運算放大器；邏輯門電路；微處理常見微電子器件：運算放大器；邏輯門電路；微處理 器等；器等； 微電技術(shù)：使信號處理芯片復(fù)雜程度上升和價格的下微電技術(shù)：使信號處理芯片復(fù)雜程度上升和價格的下 降；降； 11.1 MEMS11.1 MEMS傳感器及特點傳感器及特點 傳感器傳感器+處理器處理器+執(zhí)行器執(zhí)行器測控系統(tǒng)測控系統(tǒng) 輸入信號 （被測量） 系統(tǒng)邊界 傳感器處理器執(zhí)行器 輸出 信號 測控系統(tǒng)基本組成測控系統(tǒng)基本組成 目前測控系統(tǒng)的特點：

4、目前測控系統(tǒng)的特點： 處理器性價比較高；處理器性價比較高； 傳感器和執(zhí)行器發(fā)展滯后；傳感器和執(zhí)行器發(fā)展滯后； 微傳感器三個層次的含義：微傳感器三個層次的含義： 1）單一敏感元件，尺寸小。采用精密加工、微）單一敏感元件，尺寸小。采用精密加工、微 電技術(shù)及電技術(shù)及MEMS技術(shù)加工；技術(shù)加工； 2）集成傳感器，將微小敏感元件、信號處理、）集成傳感器，將微小敏感元件、信號處理、 數(shù)據(jù)處理裝置封裝在一塊芯片上；數(shù)據(jù)處理裝置封裝在一塊芯片上； 3）微型測控系統(tǒng)。包括微傳感器、微執(zhí)行器，）微型測控系統(tǒng)。包括微傳感器、微執(zhí)行器， 可以獨立工作。也可由多個微傳感器組成傳可以獨立工作。也可由多個微傳感器組成傳 感

5、網(wǎng)絡(luò)或通過其它網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)異地聯(lián)網(wǎng)；感網(wǎng)絡(luò)或通過其它網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)異地聯(lián)網(wǎng)； 體積小，重量輕。體積小，重量輕。 利用利用MEMSMEMS技術(shù)：技術(shù)：微傳感器封裝后尺寸為毫米量級，微傳感器封裝后尺寸為毫米量級， 或更?。恢亓恳话愣荚趲卓嘶蚋?；重量一般都在幾克 幾十克。幾十克。 如如壓力微傳感器已經(jīng)可以小到放在注射針頭內(nèi)，壓力微傳感器已經(jīng)可以小到放在注射針頭內(nèi)， 送進(jìn)血管測量血液流動情況；或裝載到飛機(jī)或發(fā)動機(jī)葉送進(jìn)血管測量血液流動情況；或裝載到飛機(jī)或發(fā)動機(jī)葉 片表面，用來測量氣體的流速和壓力；片表面，用來測量氣體的流速和壓力； 能耗低能耗低 很多場合，很多場合，傳感器及配套的測量系統(tǒng)都是利用電池傳感器及配

6、套的測量系統(tǒng)都是利用電池 供電的。因此傳感器能耗大小，在某種程度上決定了整供電的。因此傳感器能耗大小，在某種程度上決定了整 個儀器系統(tǒng)可供連續(xù)使用的時間。個儀器系統(tǒng)可供連續(xù)使用的時間。 微傳感器優(yōu)點微傳感器優(yōu)點 性能好性能好 微傳感器在幾何尺寸上的微型化，在保持原有敏微傳感器在幾何尺寸上的微型化，在保持原有敏 感特性的同時，提高了溫度穩(wěn)定性，不易受到外界溫度感特性的同時，提高了溫度穩(wěn)定性，不易受到外界溫度 干擾。敏感元件的自諧振頻率提高，工作頻帶加寬，敏干擾。敏感元件的自諧振頻率提高，工作頻帶加寬，敏 感區(qū)間變小，空間解析度提高。感區(qū)間變小，空間解析度提高。 易于批量生產(chǎn)，成本低易于批量生產(chǎn)，

7、成本低 微傳感器的敏感元件一般是利用硅微加工工藝制微傳感器的敏感元件一般是利用硅微加工工藝制 造的，這種工藝的一個顯著特點就是適合于批量生產(chǎn)。造的，這種工藝的一個顯著特點就是適合于批量生產(chǎn)。 大批量生產(chǎn)使得微傳感器單件的生產(chǎn)成本大大降低。大批量生產(chǎn)使得微傳感器單件的生產(chǎn)成本大大降低。 便于集成化和多功能化。便于集成化和多功能化。 微傳感器能感知與轉(zhuǎn)換兩種以上不同的物理或化微傳感器能感知與轉(zhuǎn)換兩種以上不同的物理或化 學(xué)參量；學(xué)參量； 例如，在同一硅片上制作應(yīng)變計和溫度敏感元件，例如，在同一硅片上制作應(yīng)變計和溫度敏感元件， 制成同時測量壓力和溫度的多功能微傳感器，將處理電制成同時測量壓力和溫度的多

8、功能微傳感器，將處理電 路也制作在同一硅片上，還可以實現(xiàn)溫度補償。路也制作在同一硅片上，還可以實現(xiàn)溫度補償。 將檢測幾種不同氣體的敏感元件用厚膜制造工藝將檢測幾種不同氣體的敏感元件用厚膜制造工藝 制作在同一基片上，制成檢測多種氣體的多功能微傳感制作在同一基片上，制成檢測多種氣體的多功能微傳感 器。器。 現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出可同時檢測鈉、鉀和氫離子的微現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出可同時檢測鈉、鉀和氫離子的微 傳感器陣列，用于檢測血液中的鈉、鉀和氫離子的濃度，傳感器陣列，用于檢測血液中的鈉、鉀和氫離子的濃度， 對診斷心血管疾病有重大意義。該微傳感器尺寸為對診斷心血管疾病有重大意義。該微傳感器尺寸為 2.5nm2.5n

9、m0.5nm0.5nm，可直接用導(dǎo)管送到心臟內(nèi)測量。，可直接用導(dǎo)管送到心臟內(nèi)測量。 提高傳感器的智能化水平提高傳感器的智能化水平。 智能傳感器是測量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計算智能傳感器是測量技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、計算 技術(shù)、信息處理技術(shù)、微電子學(xué)和材料科學(xué)互相技術(shù)、信息處理技術(shù)、微電子學(xué)和材料科學(xué)互相 結(jié)合的綜合密集技術(shù)。結(jié)合的綜合密集技術(shù)。 與一般傳感器相比，智能傳感器具有自補與一般傳感器相比，智能傳感器具有自補 償能力、自校準(zhǔn)功能、自診斷功能、尋址處理能償能力、自校準(zhǔn)功能、自診斷功能、尋址處理能 力、雙向通信功能、信息存儲、記憶和數(shù)字量輸力、雙向通信功能、信息存儲、記憶和數(shù)字量輸 出功能。出功能。

10、 MEMSMEMS技術(shù)在傳感器方面的應(yīng)用，大大提高技術(shù)在傳感器方面的應(yīng)用，大大提高 了傳感器的智能化水平。利用了傳感器的智能化水平。利用MEMSMEMS技術(shù)可以將信技術(shù)可以將信 號調(diào)節(jié)電路、信號處理電路號調(diào)節(jié)電路、信號處理電路( (甚至包含微處理器甚至包含微處理器) )、 接口電路等與傳感器封裝成一體，組成微傳感器接口電路等與傳感器封裝成一體，組成微傳感器 系統(tǒng)。系統(tǒng)。 電子工程 測量技術(shù) 半導(dǎo)體物理 微電子 無線電工程 射頻技術(shù) 1970年1980年2000年1990年 2010年 測量儀器 集成化 傳感器 手機(jī) RFID CMOS GaAsSiGe CMOS/ MEMS CMOS+ 無線

11、傳感器 微系統(tǒng) 微處理器 微機(jī)械 圖中顯示了微加工技術(shù)的進(jìn)步對微傳感器、微圖中顯示了微加工技術(shù)的進(jìn)步對微傳感器、微 傳感器系統(tǒng)乃至射頻通信技術(shù)的影響。傳感器系統(tǒng)乃至射頻通信技術(shù)的影響。 11.2 MEMS11.2 MEMS傳感器加工技術(shù)傳感器加工技術(shù) 體微加工技術(shù)體微加工技術(shù) 利用蝕刻工藝對塊狀硅進(jìn)行準(zhǔn)三維結(jié)構(gòu)的微加工，主利用蝕刻工藝對塊狀硅進(jìn)行準(zhǔn)三維結(jié)構(gòu)的微加工，主 包括蝕刻和停止蝕刻兩項關(guān)鍵技術(shù)。包括蝕刻和停止蝕刻兩項關(guān)鍵技術(shù)。 表面微加工技術(shù)表面微加工技術(shù) 采用光刻等手段，使得硅片等表面淀積或生長而成的采用光刻等手段，使得硅片等表面淀積或生長而成的 多層薄膜分別具有一定的圖形，然后去除某

12、些不需要的多層薄膜分別具有一定的圖形，然后去除某些不需要的 薄膜層，從而形成三維結(jié)構(gòu)。薄膜層，從而形成三維結(jié)構(gòu)。 鍵合技術(shù)鍵合技術(shù) 固相鍵合技術(shù)就是不用液態(tài)粘結(jié)劑而將兩固相鍵合技術(shù)就是不用液態(tài)粘結(jié)劑而將兩 塊固體材料鍵合在一起，且鍵合過程中材料始終塊固體材料鍵合在一起，且鍵合過程中材料始終 處于固相狀態(tài)。（包括陽極鍵合與直接鍵合）處于固相狀態(tài)。（包括陽極鍵合與直接鍵合） 光刻電鑄注塑技術(shù)（光刻電鑄注塑技術(shù)（LIGALIGA） 一種基于一種基于X X射線光刻技術(shù)的射線光刻技術(shù)的MEMSMEMS加工技術(shù)。加工技術(shù)。 主要包括主要包括X X光深度同步輻射光刻，電鑄制模和注模光深度同步輻射光刻，電鑄制

13、模和注模 復(fù)制三個工藝步驟。復(fù)制三個工藝步驟。 11.3 11.3 幾種典型微傳感器的原理和應(yīng)用幾種典型微傳感器的原理和應(yīng)用 1 1、電熱堆、電熱堆 組成熱電堆的兩種金屬材料分別為鉑組成熱電堆的兩種金屬材料分別為鉑( (厚厚1 1 m)m)及及 鋅銻合金鋅銻合金( (厚厚1 1 m)m)。熱端置于帕利靈。熱端置于帕利靈(parylene)(parylene)薄膜薄膜 ( (厚約厚約25.425.4 m)m)上。帕利靈薄膜作為熱絕緣層，將熱端上。帕利靈薄膜作為熱絕緣層，將熱端 與冷端隔開。與冷端隔開。 氮 化 鋁 鋅 銻 合 金 鉑 輻 射 吸 收 層 帕 利 靈 熱電堆結(jié)構(gòu)示意圖 2 2、螺旋

14、式熱電偶、螺旋式熱電偶 采用采用N N型多晶硅與鋁熱電偶。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于型多晶硅與鋁熱電偶。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于 利用有限的矩形面積容納了盡可能長而窄的結(jié)構(gòu)，提高利用有限的矩形面積容納了盡可能長而窄的結(jié)構(gòu)，提高 了熱阻，增強了輸出信號強度。由于熱電偶的結(jié)構(gòu)很窄，了熱阻，增強了輸出信號強度。由于熱電偶的結(jié)構(gòu)很窄， 可利用各向同性的干法反應(yīng)離子刻蝕可利用各向同性的干法反應(yīng)離子刻蝕(RIE)(RIE)技術(shù)，實現(xiàn)對技術(shù)，實現(xiàn)對 硅基底的加工。由于全部加工工藝與硅基底的加工。由于全部加工工藝與CMOSCMOS工藝兼容，因工藝兼容，因 此可將信號放大電路集成在同一芯片上。此可將信號放大電路集成在同一芯片

15、上。 1 2 3 4 1-為加工的空腔；2-介電層、多晶及鋁組成的三明治式螺旋結(jié)構(gòu)； 3-熱端；4-未刻蝕硅基底上的微傳感器輸出端 采用CMOS工藝制作的螺旋結(jié)構(gòu)熱電偶 3 3、石英諧振溫度微傳感器、石英諧振溫度微傳感器 扭轉(zhuǎn)振動音叉 固定塊 電極引出點 音叉結(jié)構(gòu)的石英諧振溫度微傳感器音叉結(jié)構(gòu)的石英諧振溫度微傳感器 諧振器工作于扭轉(zhuǎn)振動模式，諧振器的諧振頻率為諧振器工作于扭轉(zhuǎn)振動模式，諧振器的諧振頻率為 溫度的函數(shù)。由于石英晶體諧振器的阻尼所帶來的能量損溫度的函數(shù)。由于石英晶體諧振器的阻尼所帶來的能量損 耗一般在耗一般在100100 W W的量級，因此這種微傳感器在流體環(huán)境中的量級，因此這種微

16、傳感器在流體環(huán)境中 的自熱現(xiàn)象一般不會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響的自熱現(xiàn)象一般不會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。 石英晶體諧振器的基本頻率石英晶體諧振器的基本頻率0可根可根 據(jù)對溫度靈敏度的要求來選取。例據(jù)對溫度靈敏度的要求來選取。例 如，要求溫度每變化如，要求溫度每變化1時頻率變時頻率變 化化1000Hz，如果諧振器的頻率溫度，如果諧振器的頻率溫度 系數(shù)為系數(shù)為35.410-6/，則基本頻率，則基本頻率 應(yīng)為應(yīng)為 66 0 1000/35.4 1028 10fHz 一般石英諧振式溫度傳感器的參數(shù)：一般石英諧振式溫度傳感器的參數(shù)： 1）振蕩頻率：振蕩頻率： 256kHz28MHz； 2）溫度系數(shù)：）溫度系數(shù)：

17、1910-69010-6/； 3）靈敏度：）靈敏度： 1000MHz/左右（左右（ -5050的的 溫度范圍內(nèi)）；溫度范圍內(nèi)）； 4）分辨率：）分辨率： 0.0001； 注：注： 某些特殊設(shè)計的傳感器的測量范圍可達(dá)某些特殊設(shè)計的傳感器的測量范圍可達(dá) 到到-40300，但線性度比較差。，但線性度比較差。 4 4、無源無線聲表面波傳感器、無源無線聲表面波傳感器 無源無線聲表面波傳感器的敏感器件有無源無線聲表面波傳感器的敏感器件有兩種形式兩種形式： 延遲線型及諧振器型，如圖所示。延遲線型及諧振器型，如圖所示。 反 射 柵 壓 電 晶 體 ID T 天 線 訪 問 信 號 回 波 信 號 訪 問 信

18、號 回 波 信 號 反 射 柵 壓 電 晶 體 ID T 天 線 (a) (a) 延遲線型延遲線型 (b) (b) 諧振器型諧振器型 延遲線型無源無線聲表面波傳感器延遲線型無源無線聲表面波傳感器：有一組與天線連接有一組與天線連接 在一起的在一起的IDTIDT，既作為發(fā)射，既作為發(fā)射IDTIDT，也作為接收，也作為接收IDTIDT。而延遲。而延遲 時間則是通過在器件上與時間則是通過在器件上與IDTIDT間隔一定距離制做聲表面波間隔一定距離制做聲表面波 反射柵的方式實現(xiàn)的。延遲時間則通過提取回波信號的相反射柵的方式實現(xiàn)的。延遲時間則通過提取回波信號的相 位差實現(xiàn)。位差實現(xiàn)。 諧振器型無源無線聲表面

19、波傳感器諧振器型無源無線聲表面波傳感器：其敏感器件與普通：其敏感器件與普通 的諧振器型聲表面波器件類似，也是通過提取回波信號中的諧振器型聲表面波器件類似，也是通過提取回波信號中 的諧振頻率實現(xiàn)無線檢測。諧振頻率的檢測可采用模擬及的諧振頻率實現(xiàn)無線檢測。諧振頻率的檢測可采用模擬及 數(shù)字兩種方法。模擬的方法可采用門控鎖相技術(shù)進(jìn)行鑒頻；數(shù)字兩種方法。模擬的方法可采用門控鎖相技術(shù)進(jìn)行鑒頻； 數(shù)字的方法則可利用快速傅里葉變換，直接從回波信號中數(shù)字的方法則可利用快速傅里葉變換，直接從回波信號中 提取諧振頻率。提取諧振頻率。 3.3m 反射柵 接天線 接天線10l 3l IDT LiNbO3 敏感材料 天線

20、 微型無源無線聲表面波溫度傳感器 應(yīng)用于溫度檢測時，這種無源無線聲表面波傳感應(yīng)用于溫度檢測時，這種無源無線聲表面波傳感 器所采用的主要為延遲線型形式。器所采用的主要為延遲線型形式。 制作：制作： 在陶瓷、玻璃或硅基片上制作一層鈮在陶瓷、玻璃或硅基片上制作一層鈮 酸鋰酸鋰(LiNbO3)薄膜，金屬鋁薄膜；薄膜，金屬鋁薄膜； 用平面光刻工藝制作一對連接到微波用平面光刻工藝制作一對連接到微波 天線上的天線上的IDT以及一對反射柵；以及一對反射柵； 工作原理：工作原理： 天線將接收到的信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過天線將接收到的信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過IDT激勵起聲表面波；傳播激勵起聲表面波；傳播 到反射光柵，

21、反射回波到到反射光柵，反射回波到IDT，轉(zhuǎn)換成電磁波發(fā)射出去。由于兩個反射，轉(zhuǎn)換成電磁波發(fā)射出去。由于兩個反射 柵的位置不同，反射回波的時間間隔與器件溫度有關(guān)。柵的位置不同，反射回波的時間間隔與器件溫度有關(guān)。 這種溫度傳感器的檢測精度并不是很高，其這種溫度傳感器的檢測精度并不是很高，其突出突出 優(yōu)勢在于檢測方式優(yōu)勢在于檢測方式。因此，在一些嚴(yán)格限制。因此，在一些嚴(yán)格限制不能采用有不能采用有 線方式為傳感器提供電源的場合非常適用線方式為傳感器提供電源的場合非常適用。另外，這種。另外，這種 傳感器傳感器還可嵌入在旋轉(zhuǎn)或運動的部件中還可嵌入在旋轉(zhuǎn)或運動的部件中，如汽車輪胎、，如汽車輪胎、 火車車輪、

22、飛機(jī)馬達(dá)等，實現(xiàn)運動部件的溫度檢測。雖火車車輪、飛機(jī)馬達(dá)等，實現(xiàn)運動部件的溫度檢測。雖 然訪問系統(tǒng)的工作頻率高，電路組成比較復(fù)雜一些，但然訪問系統(tǒng)的工作頻率高，電路組成比較復(fù)雜一些，但 器件本身容易采用微細(xì)加工工藝制作，成本低廉，是一器件本身容易采用微細(xì)加工工藝制作，成本低廉，是一 種很有發(fā)展前途的傳感器種很有發(fā)展前途的傳感器。 5 5、紅外光微傳感器、紅外光微傳感器 利用微加工技術(shù)很容易實現(xiàn)輻射熱測量器的設(shè)計制作。由利用微加工技術(shù)很容易實現(xiàn)輻射熱測量器的設(shè)計制作。由 于可以制作出很好的熱絕緣微結(jié)構(gòu)，微傳感器的性能也很于可以制作出很好的熱絕緣微結(jié)構(gòu)，微傳感器的性能也很 理想。圖示為一種紅外光微

23、傳感器的結(jié)構(gòu)。理想。圖示為一種紅外光微傳感器的結(jié)構(gòu)。 支 撐 梁 硅 襯 底 敏 感 膜 片 熱 輻 射 襯 底 熱輻射測量器型紅外光微傳感器結(jié)構(gòu)熱輻射測量器型紅外光微傳感器結(jié)構(gòu) 6 6、壓力微傳感器、壓力微傳感器 Pinput1 真空 絕對測量 Pinput1 密封測量 Preference Pinput1 環(huán)境壓力 非密封測量 Pinput1 差分測量 Pinput2 壓力微傳感器的常見結(jié)構(gòu)形式壓力微傳感器的常見結(jié)構(gòu)形式 其中其中Pinput1及及 Pinput2為被測量的壓為被測量的壓 力，力，Preference為參為參 考壓力。考壓力。 壓力微傳感器分類：壓力微傳感器分類： 密封測量

24、：測量與一個密封的參照腔相對壓力；密封測量：測量與一個密封的參照腔相對壓力； （絕對壓力差）（絕對壓力差） 非密封測量：測量兩個端口輸入壓力差。非密封測量：測量兩個端口輸入壓力差。 7 7、單懸臂梁壓阻式加速度微傳感器、單懸臂梁壓阻式加速度微傳感器 組成：硅片（敏感質(zhì)組成：硅片（敏感質(zhì) 量塊量塊+懸臂梁）懸臂梁）+兩塊玻兩塊玻 璃；璃； 懸臂梁上，通過擴(kuò)散懸臂梁上，通過擴(kuò)散 法集成了壓阻；質(zhì)量塊法集成了壓阻；質(zhì)量塊 運動運動 氣 隙壓 敏 電 阻 2mm 玻 璃 蓋 板 上 腐 蝕 的 腔 的 輪 廓 P +擴(kuò) 散 鍵 合 盤 引 線 20m 玻 璃 氣 隙 檢 測 質(zhì) 量 跨 塊 硅 梁 導(dǎo)

25、 電 環(huán) 氧 引 線 3mm 一種具體的單懸臂梁壓阻式加速度微傳感器結(jié)構(gòu)一種具體的單懸臂梁壓阻式加速度微傳感器結(jié)構(gòu) 懸臂梁彎曲，懸臂梁彎曲， 壓阻阻值變化。壓阻阻值變化。 制作這樣一個加速度微傳感器的基本工藝制作這樣一個加速度微傳感器的基本工藝 背面光刻 KOH腐蝕 正面光刻 KOH腐蝕 氣隙Si質(zhì)量 梁 支撐 SiO2 硅 單懸臂梁壓阻式加速度微傳感器的制作單懸臂梁壓阻式加速度微傳感器的制作 工藝過程工藝過程 1）在硅片上腐蝕定位孔，覆蓋）在硅片上腐蝕定位孔，覆蓋 一層帶有一定圖形的大約一層帶有一定圖形的大約1.5m 厚的熱氧化物；厚的熱氧化物； 2）兩次擴(kuò)散，形成連接線和壓）兩次擴(kuò)散，形成

26、連接線和壓 阻；阻； 3）硅片正面淀積氧化物，對硅）硅片正面淀積氧化物，對硅 片背面氧化物圖形化，用片背面氧化物圖形化，用KON 刻蝕形成梁形狀；刻蝕形成梁形狀； 4）對正面氧化物圖形化；）對正面氧化物圖形化； 5）金屬化玻璃層形成空腔，玻）金屬化玻璃層形成空腔，玻 璃上淀積圖形化一層鋁，形成璃上淀積圖形化一層鋁，形成 縫合盤；縫合盤； 6）硅片夾在玻璃之間縫合，劃）硅片夾在玻璃之間縫合，劃 片。片。 體積：體積：2mm3mm0.6mm（可植入體內(nèi)）（可植入體內(nèi)） 測量最低加速度值測量最低加速度值0.001g。 8、催化燃燒型可燃?xì)怏w微傳感器催化燃燒型可燃?xì)怏w微傳感器 傳感器的檢測元件：鉑金屬

27、電阻（保持傳感器的檢測元件：鉑金屬電阻（保持300400C）；）； 原理：與可燃?xì)怏w接觸原理：與可燃?xì)怏w接觸 在催化層燃燒在催化層燃燒 鉑電阻鉑電阻 溫度上升溫度上升 阻值上升阻值上升 測阻值變化知可燃?xì)怏w濃測阻值變化知可燃?xì)怏w濃 度度 可燃性氣體環(huán)境中的氧氣 鉑或鈀催化劑 熱敏電阻及 電熱元件 硅 襯 底 氮 化 硅 膜 鉑 或 鈀 催 化 劑 鉑 或 鈦 鉑 電 阻 惰 性 層 （ 如 氮 化 硅 ） (a)(a)工作原理工作原理(b)(b)微傳感結(jié)構(gòu)微傳感結(jié)構(gòu) 催化燃燒型可燃?xì)怏w微傳感器的結(jié)構(gòu)催化燃燒型可燃?xì)怏w微傳感器的結(jié)構(gòu) 9、電導(dǎo)敏感元件、電導(dǎo)敏感元件 在中央部位表面利用納米材料制作氣體敏感薄膜在中央部位表面利用納米材料制作氣體敏感薄膜( (如如 SnOSnO2 2) )，則該元件即成為氣體微傳感器的基礎(chǔ)元件，可用，則該元件即成為氣體微傳感器的基礎(chǔ)元件，可用 于制作各種類型的氣體微傳感器以及微傳感器列陣。于制作各種類型的氣體微傳感器以及微傳感器列陣。 這種微傳感器的這種微傳感器的優(yōu)勢優(yōu)勢：體積小、功耗低、可批量生產(chǎn)；：體積小、功耗低、可批量生產(chǎn)； 問題問題：硅基底材料的立體加工工藝、元件的可靠性以及元：硅基底材料的立體加工工藝、元件的可靠性以及元 件與敏感材料之間的兼容性等。件與敏感材