Evanohm合金的双环线型微加热器特性研究

以Evanohm合金为材料,设计了一种双环线型微加热器.使用AC磁控溅射技术在硅基底上沉积合金薄膜,并采用微机电系统(MEMS)微加工工艺实现薄膜图形化,以此作为加热器的加热元件.在常温下,研究了所制备的薄膜加热器件的加热性能与电学特性,并在深低温下进一步测试了其电学性能.研究结果表明:此种微型加热器电阻值稳定.在[5...     

金属薄膜加热器的研究

采用射频溅射方法制备了Cr和Ni-Cr(Ni:80%,Cr:20%)金属薄膜,探讨了热处理温度和时间对Cr薄膜电阻温度系数和电阻率的影响.在一定直流电压条件下,Ni-Cr和Cr薄膜微型加热器的加热温度可达到100℃,且升温速率皆大于0.50C/s.通过测量微加热器的电阻温度曲线,表明所制备的金属薄膜式微型加热器具有较好的稳定性和重复性,能够满足PCR生物芯片和硅基热分布式微流量传感器的要求.     

低温环境下超导体微位移测量的研究

在超导精密仪器的研制工作中有时需要测量杜瓦容器内超导体的微小位置变化。由于超导体需运行在极低温环境，运用常规方法难以对超导体的微小位移进行测量。作者选用光纤位移传感器进行非接触测量，研究了光纤位移传感器在室温和液氮温度下的静态传输特性。本项研究为超导体位移、振动的测量提供了一种新的方法。     

基于MEMS的镍薄膜加热器催化传感器研究

设计了基于微机电系统(MEMS)工艺,以镍薄膜作为加热体的新型催化传感器。通过磁控溅射沉积、刻蚀等工艺制成镍薄膜加热器,并对其进行了稳定化热处理以及防氧化聚合物涂层处理。传感器性能测试结果表明:镍薄膜加热器具有良好的抗高温氧化能力;气氛老化可缩短50%的老化时间;甲烷气体浓度与灵敏度呈良好的线性关系;对甲烷的灵敏度约为30 m V/1%Vol;传感器功耗约为150 m W,零点和灵敏度年漂移小于1. 5%LEL。     

用于低温环境的铂电阻温度微传感器

目前,铂电阻温度传感器主要应用于73 K(-200℃)以上环境的温度检测。设计了可用于10 K(-263℃)～200 K(-73℃)低温区的铂电阻温度微传感器。铂电阻温度微传感器采用对称的折回型结构,这种结构有效地降低了交流感抗的影响。传感器的敏感薄膜是一层采用磁控直流溅射沉积厚度为200 nm的铂薄膜。采用QD PPMS仪器测试传感器的电阻与温度的变化关系,得出传感器的电阻温度系数(TCR):研制的温度传感器的电阻温度系数在温度高于30K(-243℃)时可达到9980×10-6/K,同时在低于30K(-243℃)的深低温区域TCR也可达到3730×10-6/K。     

多晶硅纳米薄膜电学特性的实验研究

用低压化学气相淀积(LPCVD)法淀积了膜厚为60～250nm的多晶硅纳米薄膜,研究了膜厚和掺杂浓度对多晶硅纳米薄膜电学特性的影响。结合扫描电镜(SEM)图片,在电阻率与电阻率温度系数测试结果的基础上,分析了膜厚和掺杂浓度对薄膜电学特性的影响。结果表明:重掺杂多晶硅纳米薄膜具有良好的温度特性,电阻率温度系数可达到1×10-4～3×10-4/℃的水平。     

MEMS固体微推进器中Cr薄膜点火电阻的研究

点火电路是MEMS固体化学微推进器中最重要的组成部分,其点火电压的大小及点火可靠性则主要取决于点火电阻.国内外均采用多晶硅(polysilicon)或贵金属铂(Pt)作为点火电阻材料,所制备出来的点火电阻的阻值都比较大,需要的点火电压较高(40 V以上),而且点火可靠性不高,难以满足固体微推进器的使用要求.本文首次采用金属铬(Cr)作为点火电阻材料,设计了具有高可靠性的并联点火电阻图形,通过磁控溅射镀膜、光刻以及Cr的湿法腐蚀工艺制备出了Cr薄膜点火电阻,并在20伏左右的低电压下成功地实现了常规火药黑索金的点火,为低点火电压、低成本、高可靠性的点火电路的制备提供了一条有效的技术途径.     

MEMS微电容式传感器的传感特性研究

针对传统的传感器无法进行长期健康监测的不足,研发出一套新型的基于MEMS的硅微电容式传感器.对所研制的MEMS传感器的静态传感特性和动态特性进行了理论分析和对比实验研究.结果表明:MEMS硅微电容式传感器在反复加卸载实验中,线性拟和度均在0.999%F.S以上,灵敏度系数为6.9840με/kN,其重复性误差为1.43%F.S;其动态传感特性与传统的加速度计吻合的很好.     

MEMS微悬臂梁在冲击下的粘附失效预测*

MEMS(Micro-electronics Mechanical System)的可靠性已经成为它能否成功地实现商品化的一个重要问题.多晶硅微悬臂梁是MEMS中的一个基本结构,阐述了多晶硅微悬臂梁的粘附失效机理,并利用宏观机械中的理论和可靠性分析方法对表面微加工的多晶硅微悬臂梁的粘附可靠性进行预测,建立了在外载荷下的粘附可靠度预测模型,并利用该模型具体分析了微梁尺寸及外界湿度对可靠度的影响.     

SnO2薄膜的电学气敏特性与光学气敏特性研究

用射频磁控反应溅射法制备了ＳｎＯ２薄膜,并分别测量薄膜在乙醇气体中的电学气敏特性和光学气敏特性。对实验结果的分析表明,ＳｎＯ２薄膜对乙醇气体有较强的电学气敏效应和光学气敏效应。利用ＳｎＯ２薄膜的电学气敏特性适合检测较低浓度乙醇气体,而利用ＳｎＯ２薄膜的光学气敏特性能检测较高浓度乙醇气体。     

一种MEMS薄膜材料的力学性能测试方法

介绍了一种用于MEMS薄膜材料力学特性测试的单轴拉伸试验方法。其特点是微小试件两端固定,且与加载机构集成在基片上,从而可减少操作工作量,提高对准精度。整个机构以微细加工方法制成,硅类试件以干法蚀刻成型,金属类试件以电镀方法成型,其余加载机构以湿法刻蚀制成。试验表明:使用此机构可以简单且高精度地对薄膜试件进行拉伸试验,获得多项力学性能参数,从而为MEMS器件设计和分析提供可靠的理论基础。     

Performance of thin film silicon MEMS on flexible plastic substrates

The fabrication and characterization of thin film silicon MEMS microbridges on flexible polyethylene terephthalate substrates are described. Surface micromachining using an aluminum sacrificial layer and a maximum processing temperature of 110 °C was used for device fabrication. These microbridges are electrostatically actuated and their deflection at resonance and at low frequencies is measured optically. Quasi-DC deflection with a quadratic dependence of the actuation voltage is observed, and resonance frequencies up to 2 MHz and quality factors of around 500 are measured in vacuum. Bending measurements are performed by subjecting these devices to tensile and compressive strain. The low frequency response (bridge deflection as a function of the applied voltage) was measured in air before bending and after every bending step. Under tensile strain, 16.6% of the devices survive the maximum bending with a radius of curvature of 1 cm, equivalent to a tensile strain 1.25%. In contrast, for compressive strain, 50% of the devices survive the bending corresponding to a radius of curvature of −0.5 cm, equivalent to a compressive strain of −2.5%. Thin film silicon microresonators on flexible plastic substrates can withstand more compressive strain than tensile.     

热处理工艺对合金薄膜电阻及其稳定性的影响

利用离子束溅射镀膜技术,在17-4PH不锈钢弹性衬底上直接溅射SiO2绝缘膜和NiCr薄膜,制备了一种新型的压力传感器用合金薄膜.分析了热处理工艺对合金薄膜电阻稳定性的影响,对NiCr薄膜电阻进行了4种热处理工艺,获得了使合金薄膜电阻长期稳定的热处理工艺参数:在SiOx和N2的保护下,673K退火1h,并在473K下保温24h.用该工艺能制备适应各种恶劣环境的高精度压力传感器.     

多晶硅薄膜残余应力在线测量技术

介绍了多晶硅薄膜中的残余应力对微结构性能的影响,分析了应力在线测量技术的必要性。说明了T型微检测结构的测试原理,并基于单T型结构设计出双T型检测结构。探讨了检测结构的制作工艺,加工出试验样片,用刻度显微镜测量出试验数据,推导出误差修正公式,结合M athCAD软件计算出应力值。在结论部分,指出了双T型检测结构能够提高测量精度,并给出了多晶硅薄膜残余应力在线测量技术的工艺实现方法。     

多晶硅薄膜制备方法与压阻特性的研究

对磁控溅射和低压化学气相淀积(LPCVD)2种方法制备的多晶硅薄膜的电学和压阻特性进行了研究,并讨论了结晶化工艺对磁控溅射薄膜性质的影响。实验表明:LPCVD薄膜稳定性、重复性较好,应变系数可达到20以上;磁控溅射薄膜经适当结晶化工艺处理具有纳晶硅的结构特征,应变系数可达到80以上。利用扫描电镜(SEM)图片结合电阻率和应变系数的测试结果,讨论了2种方法制备出的多晶硅薄膜应用于压阻式力学量传感器的可行性。     

结构尺寸对LNG低温柔性管道内衬层 力学性能的敏感性分析

为完善波纹结构尺寸参数对管道力学性能影响规律的研究，以某浮式液化天然气用低温复合柔性管道为例，建立U型金属波纹管参数化三维有限元模型。在拉伸、弯曲和扭转载荷作用下，分析管道结构的刚度性能，进一步开展U型金属波纹管关键结构参数（如波高、波距和壁厚等）对管道结构刚度性能的敏感性研究。结果表明：U型金属波纹管的结构参数对管道的力学性能影响显著。计算分析发现的敏感性规律，对U型金属波纹管的结构设计提供理论基础。     

三氧化钨纳米薄膜制备与气敏性能的研究

讨论一种对二氧化氮具有高灵敏性的WO3纳米薄膜的制备方法.当基片温度为室温,溅射混合气体(O2/Ar)的比例为1:1时,用直流反应磁控溅射法制备的薄膜,经过两步热处理(300℃/600℃),得到纳米结构WO3气敏元件.通过XRD、XPS和SEM对该薄膜的晶体结构和化学成分进行分析,用静态配气法测试NO2气敏特性.在Si3N4基片上制备的这种薄膜对空气中较低浓度的NO2(体积分数为0.1×10-5～3×10-5)具有优异的敏感特性和响应特性,最佳工作温度为150℃,在此温度下对其他一些气体(如CO,C2H5OH,NH3)的敏感性很差,显示出良好的选择性.     

Ag掺杂的SnO_2酒敏薄膜敏感特性研究

采用非醇盐溶胶—凝胶工艺在A l2O3基片上旋转涂敷制得掺Ag的SnO2薄膜。原子力显微镜和扫描电子显微镜分析显示:薄膜晶粒呈球形,600℃热处理粒径为20 nm左右。热处理温度升高,晶粒尺寸增大。气敏性能采用静态法测试,掺Ag薄膜对体积分数为50×10-6乙醇和汽油气体的灵敏度分别为32.7和4.9,与未掺Ag薄膜的14.4和7.2相比较,提高了乙醇气体灵敏度,抑制了汽油气体灵敏度,使选择性得到改善。直流加热条件下,试样电阻和电容在老化初期变化较大,数天后趋于稳定,复阻抗分析表明:长期稳定性与晶粒间界处电阻和电容值的变化有关,来源于晶界势垒高度和势垒宽度的变化,其本质可能是直流偏压作用下晶界层中的离子迁移。     

MEMS中Ni-W合金薄膜力学性能的研究

研究了柠檬酸胺-1-羟基乙烷二膦酸（HEDP）镀液体系中Ni-W的力学性能。通过紫外曝光的光刻、电铸和注塑（UV—LIGA）技术制备出微拉伸试样和单轴微拉伸测试系统进行拉伸试验。结果表明：在Ni-W薄膜试样尺寸为5μm×50μm×100μm条件下,其杨氏模量约为100．4GPa,抗拉强度为1．96GPa,应变约为3．6％。     

Application of steel thin film electrical resistance sensor for in situ corrosion monitoring

The corrosion sensor should have high sensitivity enough to measure the corrosion rate in mild corrosive environments and the ability to detect the corrosion mechanism. Therefore, our goal is to develop and apply a steel thin film electrical resistance (TFER) sensor based on the measurement of changes in electrical resistance of the sensing elements in order to follow the corrosion of steel in a wide range of environments. The sensor with a thickness of 600 nm is fabricated by DC magnetron sputter deposition of steel on an Al₂O₃ substrate, followed by silk screen printing to improve the sensitivity of the sensor, especially to measure the corrosion rate in low corrosive environments such as anoxic corrosion in neutral solutions, steel protected by protective measures like a corrosion inhibitor or cathodic protection, and atmospheric corrosion. The sensor also has multiple-line sensing elements to detect the localized corrosion of steel. The TFER sensor is laboratory and field tested. All the studies demonstrate that the newly developed TFER sensor can be a promising and reliable tool for corrosion monitoring of steel exposed to various environments.