基于ZnO的微气体传感器的设计与优化

设计了一种新型Zn O微气体传感器的结构,利用有限元分析软件ANSYS对该传感器的结构进行了分析,并对传感器的基底三层材料的厚度、加热电极的宽度和间距以及测量电极的宽度参数进行了优化,结果得出:当传感器基底中前Si O_2层、中间Si层、后Si O_2层的厚度分别为10,140和150μm,加热电极和测量电极宽度均为30μm,加热电极的间距为100μm,此时传感器的Zn O材料工作区域可获得最佳的温度分布和磁场分布,有利于传感器整体性能的提高。     

微热板式低气压传感器的研制

研制了一种采用CMOS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形板,其边长为75μm,支撑桥长为60μm,板下气隙高度为0.5μm.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1～105Pa,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.     

微热板式低气压传感器的研制

研制了一种采用CMOS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形板，其边长为75μm，支撑桥长为60μm，板下气隙高度为0.5μm．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1～10~5Pa，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．     

基于陶瓷微热板的高温气体传感器研究

针对目前商用陶瓷气体传感器功耗大、封装困难等缺点,提出一种陶瓷微加工微热板式气体传感器的结构和无内引线封装的方式。通过光刻剥离的方法,在氧化铝陶瓷基底上制作出Pt微加热器及接触电极。采用激光微细加工技术,制作出不同结构参数的陶瓷微热板器件。从温度同加热功率的关系、热响应时间和微加热器稳定性等方面对微热板进行了测试和评价...     

聚合物脊形波导定向耦合电光开关的电极优化

给出了一种新型聚合物脊形波导定向耦合电光开关的结构模型和设计方法.应用保角变换法和镜像法分析了对称共面双电极的电场分布.为了获得最小的模式损耗和开关电压,优化了电极厚度、电极宽度和电极间距.为了使器件实现正常的开关功能,讨论了所能允许的开关电压的波动范围.模拟计算结果如下:脊形波导的芯宽度4.0μm,芯厚度1.5μm,脊高0.5 μm,耦合间距3.0μm,优化后的电极厚度0.15 μm,电极宽度3.0μm,电极间距3.5μm,耦合长度3 082μm,开关电压5.43 V;当开关电压在5.28到5.59 V范围内波动时,器件的插入损耗小于0.60 dB,串扰小于-30 dB.与BPM仿真结果的对比表明,该优化方法具有较高的精度.     

6H-SiC金属-半导体-金属结构紫外光探测器的模拟与优化

基于热电子发射理论,使用器件仿真软件ISE-TCAD建立了6H-SiC MSM紫外光探测器器件模型。对金属叉指宽度和间距均为3μm的器件进行了仿真,结果表明该结构探测器在10V偏压下暗电流已经达到15pA。器件的光电流比暗电流大2个数量级。通过仿真研究了不同结构对器件暗电流和光电流的影响并优化了器件结构。结果表明电极宽度为6μm电极,间距为3μm的器件达到最大光电流5.3nA。电极宽度为3μm,电极间距为6μm的器件具有最高的紫外可见比其比值为327。     

集成微热板气体传感器阵列的加热驱动电路设计

基于集成微热板气体传感器阵列的应用需求,采用CSMC的0.5μm标准CMOS工艺设计了片上加热驱动电路,可根据外部控制信号实现阵列中各微热板加热温度的独立调节。利用Hspice完成了电路仿真,并进行了代工流片。实验测试结果表明该加热驱动电路满足设计要求,各路加热通道产生的驱动电流相对误差小于2%,并且切换电流时无明显过冲现象。     

集成光波导强电场传感器天线电极仿真分析

提出一种用于强电场测量的集成光波导电场传感器天线电极设计方案。给出了传感器等效电路,计算分析了天线、电极的各个参数对传感器半波电场的影响。结果表明:当传感器电极长度、天线长度由4mm减少到0.5mm时,传感器半波电场由230kV/m分别增加到2 400kV/m和1 100kV/m,提高了943.5%和378.3%;当电极间距、电极宽度由20μm增加到200μm时,传感器半波电场由400kV/m分别增加为2 300kV/m和730kV/m,提高了475.0%和82.5%;当天线底部宽度由50μm增加到600μm时,传感器半波电场由460kV/m减小到242kV/m,减小了47.4%。因此,合理设计传感器电极、天线尺寸可使其半波电场达到几百kV/m至几千kV/m,使它能够应用于强电场测量领域。     

Cd1-xZnxTe晶片中Zn组分的室温 显微光致发光平面扫描表征

用显微光致发光（μ-PL）平面扫描的方法对CdZnTe(CZT)晶片进行了研究．分别在19μm×16μm的缺陷区域进行微米尺度和7.9mm×6.0mm的大面积范围内进行毫米尺度的逐点PL测量．对测得每一点的PL谱进行了拟合,得到测量点的禁带宽度等参数,其平面分布对应于CZT中Zn的组分分布．统计的结果给出禁带宽度的不均匀性．对样品进行溴抛光后重复类似的测量,结果表明禁带宽度的均匀性大为改善,接近了材料组分的真实分布．     

Cd1-xZnxTe晶片中Zn组分的室温 显微光致发光平面扫描表征

用显微光致发光（μ-PL）平面扫描的方法对CdZnTe(CZT)晶片进行了研究．分别在19μm×16μm的缺陷区域进行微米尺度和7.9mm×6.0mm的大面积范围内进行毫米尺度的逐点PL测量．对测得每一点的PL谱进行了拟合,得到测量点的禁带宽度等参数,其平面分布对应于CZT中Zn的组分分布．统计的结果给出禁带宽度的不均匀性．对样品进行溴抛光后重复类似的测量,结果表明禁带宽度的均匀性大为改善,接近了材料组分的真实分布．     

悬梁式陶瓷微热板的设计及热性能研究

结合传统陶瓷厚膜气体传感器和硅微加工气体传感器的特点,设计了基于陶瓷基底的悬梁式微热板结构,并提出一种无内引线的封装方式。对微热板的传热过程进行分析,并通过有限元工具对具有不同结构参数器件的热特性进行模拟,得到结构参数与器件热特性间的关系。通过控制工艺参数,在Al2O3陶瓷基底上制作出性能良好的Pt加热电阻及电极,并采用激光微加工技术实际制作了梁宽为0.2 mm和0.4 mm的两种结构器件。对器件的加热功率-温度关系进行测试,0.2 mm梁结构器件在400 mW加热功率下板上平均温度约为250℃,同模拟结果一致。     

微热板阵列的热干扰

针对微热板阵列建立了热路模型,并对热干扰进行分析.结果表明,由于微热板悬窄结构的热阻比硅芯片的热阻高3个数量级.因此微热板阵列芯片的热干扰温度取决于封装对环境的热阻,而芯片上器件的间距对热干扰温度的影响可以忽略.研制了3种布局、T05和DIPl6两种封装形式的微热板阵列,并对阵列中的热干扰问题进行了实验测试.测试数据验证了热路模型的结论.因此,减小微热板阵列或集成芯片的热干扰的关键在于,尽可能增大微热板悬空结构的热阻以及选用热阻小的封装形式.     

微热板阵列的热干扰

针对微热板阵列建立了热路模型,并对热干扰进行分析.结果表明,由于微热板悬窄结构的热阻比硅芯片的热阻高3个数量级.因此微热板阵列芯片的热干扰温度取决于封装对环境的热阻,而芯片上器件的间距对热干扰温度的影响可以忽略.研制了3种布局、T05和DIPl6两种封装形式的微热板阵列,并对阵列中的热干扰问题进行了实验测试.测试数据验证了热路模型的结论.因此,减小微热板阵列或集成芯片的热干扰的关键在于,尽可能增大微热板悬空结构的热阻以及选用热阻小的封装形式.     

Cd_(1-x)Zn_xTe晶片中Zn组分的室温显微光致发光平面扫描表征

用显微光致发光 (μ- PL)平面扫描的方法对 Cd Zn Te(CZT)晶片进行了研究 .分别在 19μm× 16 μm的缺陷区域进行微米尺度和 7.9mm× 6 .0 mm的大面积范围内进行毫米尺度的逐点 PL 测量 .对测得每一点的 PL 谱进行了拟合 ,得到测量点的禁带宽度等参数 ,其平面分布对应于 CZT中 Zn的组分分布 .统计的结果给出禁带宽度的不均匀性 .对样品进行溴抛光后重复类似的测量 ,结果表明禁带宽度的均匀性大为改善 ,接近了材料组分的真实分布     

微纳薄膜器件的电阻率精确测量方法

微纳级别的铝薄膜因宽度和厚度尺寸缩小其试件尺寸接近电极的最小间距、电极间的位置误差等因素的影响,导致电阻率四电极法在测量过程中产生较大的误差。通过对微纳级的导电薄膜的四电极测量法进行数学建模分析,建立了新的四电极测量法数学计算模型,提供精确的电阻率修正系数,并利用基于原子力显微镜的四电极电阻率测量技术精确测量了厚度为400 nm、宽度为30μm的铝薄膜的电阻率,且取不同的作用力重复实验。实验结果证明,基于修正后数学模型的微四电极技术对微纳级别薄膜的电阻率测量方面的准确性和稳定性。     

地震勘探用电容式闭环微加速度计的仿真

MEMS加速度传感器大幅提高了新型地震检波器的各项性能指标。利用有限元软件AN-SYS建立了悬臂硅梁的力学模型,并通过其力学性能仿真,得出优化的设计结构尺寸,即梁长L=150μm,梁宽b=40μm,梁厚h=4μm,活动电极和固定电极的间距d0取为1μm。同时利用电路仿真软件建立了传感器闭环系统的整体仿真数学模型,仿真结果表明其阶跃响应和正弦响应基本和理论分析结果吻合,传感器的分辨率可达0.001 m/s2,频带宽度可达500 MHz。该基于MEMS加速度传感器的新型地震检波器在地震勘探中将具有广阔的应用前景。     

基于SPR效应和缺陷耦合的光子晶体光纤高灵敏度磁场与温度传感器

设计了一种基于表面等离子体共振(SPR)效应以及缺陷耦合机理的新型光子晶体光纤传感器。该传感器结构中光子晶体光纤包层的一个特定空气孔内表层被镀上金属薄膜,通过改变另一空气孔直径以形成缺陷,并在这两个空气孔中填充磁流体材料。通过分析磁流体的折射率与温度、磁场的关系,实现了对温度和磁场的同时测量。实验结果表明,耦合谐振峰与SPR损耗峰在温度升高时均产生蓝移,磁场增强时均产生红移。耦合谐振峰与SPR损耗峰的温度灵敏度分别可达到-1.338 nm/℃和-1.575 nm/℃,磁场灵敏度分别为4.333μm/T和2.816μm/T。该传感器不仅具有高灵敏度,而且实现了磁场和温度的精确测量。     

电极可重复使用的PCR芯片及其温度场分析

基于MEMS加工技术,提出了一种加热、传感电极和反应腔室可分离的PCR芯片结构,加热、传感电极采用Pt薄膜材料并可重复使用,反应腔室采用PDMS材料,芯片的制造成本大为降低.利用COMSOL软件对设计的PCR芯片进行了温度场仿真分析,并用红外热像测温仪(NEC R300)对微制造的芯片温度场分布进行了测量.测量结果表明芯片结构能得到较好的温度均匀性,为后续PCR芯片扩增实验提供了可靠的依据.     

改善多指HBT热稳定性的非均匀指间距技术

建立了多发射极指功率SiGe HBT的热电反馈模型,研究了发射极指间距的变化对多指功率SiGe HBT表面温度分布的影响.在此基础上,提出了发射极指间距的非均匀化优化技术.在不同偏置下,对具有均匀间距和非均匀间距的多指HBT各指之间的温度分布进行模拟.结果表明,具有非均匀指间距结构的SiGe HBT峰值温度明显下降,各指之间的温度分布均匀性得到加强,这是传统均匀指间距技术无法比拟的,显示了非均匀指间距优化技术的优越性.     

三电极碳纳米管传感器的极间距优化

三电极碳纳米管传感器各电极之间的间距大小是影响检测精度的关键因素之一。在用传感器阵列检测多组分气体混合物时,各传感器的极间距很难确定。为三电极碳纳米管气体传感器提出一种基于粒子群算法(PSO)的极间距优化方法。该方法包括设计极间距、组建由不同极间距的多个传感器组成的传感器阵列、建立包括极间距及检测离子电流的数据库、建立混合气体定量分析模型及极间距优化等步骤。采用多组由不同极间距的三个碳纳米管传感器构成的传感器阵列对NO和SO2 混合气体进行测量,其中各传感器的极间距均采用上述方法优化。实验结果显示,上述极间距优化方法能够有效地选择电极之间的最佳间距,优化极间距后的传感器也获得了更高的检测灵敏度。