微机械加工技术在微传感器中的应用

随着微传感器的广泛应用，微机械加工技术被越来越多地应用于传感器的制造工艺中，从微机械加工技术的关键工艺入手，分别对体微机械加工技术和表面微机械加工技术加以介绍，并介绍了两种分别使用体微机械加工技术和表面微机械加工技术制造的微传感器。     

微机械加工技术与微传感器

传感技术的一个重要发展方向是传感器的微型化,微机械加工技术同昌硅微传感器的基础工艺技术,也是制作微执行器和微电子机械系统的基础工艺技术。本介绍微机械加工技术的概况以及采用微机械加工技术研制的几种微传感器。     

表面微机械加工推动社会前进

微电子机械系统（ＭＥＭＳ）是当今热门的研究课题，其整个制造工艺范畴十分引人注目。本文将简要介绍由多晶硅表面微机械加工制造的微型执行元件，如微型马达、微型发动机的开发应用，揭示了未来的广阔前景     

日本用表面微机械加工技术制备成功集成热释电红外传感器阵列

日本丰桥理工大学的研究人员利用表面微机械加工技术首次在外延γ-Al_2O_3/Si衬底上制备出一种带有nMOS/nJFET器件的集成热释电红外传感器阵列。由于热释电和铁电薄膜的取向及结晶度控制对获取高灵敏度热释电红外探测器非常重要,为了把它们控制好,     

基于双光纤布拉格光栅的流速传感器

设计了一种基于双光纤布拉格光栅的新型流速传感器,它包括双光纤光栅压强传感机构和文丘里管.导出了双光纤布拉格光栅的波长漂移差与流速的关系.压强传感机构中的密闭铝箔管横截面两边的压力差导致等腰三角形悬臂梁变形,从而导致安装在悬臂梁两边的光纤布拉格光栅的布拉格波长漂移.通过检测两个布拉格光栅的波长漂移差,得到被测流体的流速.双光纤布拉格光栅通过补偿温度效应,解决了光纤布拉格光栅传感器的交叉敏感问题.该流速传感器的动态测量范围为8～200mm/s.实验表明,双光纤布拉格光栅的中心波长随流速的增加分别向长波和短波方向漂移,而带宽几乎不变,实验和理论符合得较好,该设计方案是切实可行的.

Abstract：

By using the fiber grating pressure sensing setup and Venturi tube,a novel flow velocity sensor based on double fiber Bragg gratings (FBGs) is proposed.The relationship between the flow velocity and the wavelength shift difference is derived.The pressure difference of the two sides of the cross section of the aluminum foil tube in the pressure sensing setup results in the distortion of an isosceles triangle cantilever structure.And the distortion results in the Bragg wavelength shift of the FBGs mounted at either side of the cantilever.By monitoring the wavelength shift difference of the two FBGs,the flow velocity can be obtained.The cross sensitive problem can be solved by compensating the temperature effect.Experimental results are in good agreement with theoretical analysis.The central wavelength of two FBGs shifts to the shorter and longer wavelength respectively with the rise of the flow velocity,while the bandwidth is almost unchanged.The experimental results verify the feasibility of the proposed sensor with a measurement range of 8~200 mm/s.     

微机械加工技术在传感器制作中的应用

讨论利用微机械加工技术制作传感器的可能性，必然性，介绍了几种在传感器制作中常用的微机械加工工艺，举例说明了用微加工技术制作的角速率传感器及加速度传感器的结构及性能。     

硅基传感器的微机械加工

叙述了硅基传感器微机械加工的特点和要求，简要说明了硅衬底微细加工的常用方法。并以高过载双向压力传感器和悬空结构热释电传感器的硅衬底微细加工为例，作了进一步说明。传感器性能的测试结果表明了微机械加工对提高传感器性能的重要性。     

靶式光纤Bragg光栅流速传感器的研制

设计了一种基于等强度悬臂梁的靶式光纤Bragg光栅（FBG）流速传感器,传感器利用杠杆结构将置于流体中迎流靶片所受的与流速成对应关系的冲击力转化成FBG波长的漂移,利用对称粘贴于悬臂梁上下表面的双FBG结构有效解决了温度与应变的交叉敏感问题。建立了流速与FBG波长变化幅度的关系,并采用流体分析软件FLUENT对放置靶片...     

电容式多晶硅微声传感器的模拟与设计

设计了一种以多晶硅薄膜作为振动膜片的电容式硅微声传感器。通过有限元法(FEM)对传感器建模，并对其进行静力、模态和谐响应分析。模拟分析结果表明此传感器机械灵敏度可达1．81X10^-7m／Pa，其频带宽度接近10kHz。     

基于啁啾光纤布拉格光栅的流速传感器

设计了一种基于啁啾光纤布拉格光栅(CFBG)的新型 流速传感器,包括CFBG压强传 感机构和文丘里管。压强传感机构中,密闭铝箔管横截面两边的压力差导致矩形悬臂梁变 形,从而引起粘贴在悬臂梁侧边的CFBG的反射光谱带宽发生变化。通过 检测其带宽,得到被测流体的速度。实验表明,CFBG反射光谱带宽对温度不敏 感,流速传感器的动态测量范围为8~100mm/s,设计方案是切实可行 的。     

基于双稳态势能调节的仿生纤毛流速传感器

针对流速传感器的高分辨率需求,提出了一种基于双稳态势能调节的仿生纤毛流速传感器。该传感器由纤毛、电极层、上部结构层、中间连接层和下部支撑层等多层结构构成,其中上部结构层一方面采用不对称梳齿结构实现差分电容检测,另一方面布置周期性调制梳齿实现系统势能函数呈现双稳态。通过流体-固体力学-静电多物理场耦合分析,得到电容随流速的变化关系,分辨率优于0.001m/s,另外通过调制梳齿的静电场分析,绘制出系统势能函数曲线。最后,基于MEMS加工技术,通过设计合理的工艺流程制备出了该传感器。     

用于流速测量的微型力传感器的研制

设计并仿真了一种压阻式六自由度力传感器及其测量电桥,采用微电子机械系统(MEMS)加工技术制备了以单晶硅为结构材料的六自由度力传感器,完成了传感器芯片的封帽式封装。压阻式六自由度力传感器的尺寸为5 mm×5 mm×3 mm,由传感器芯片、探测柱和封装外壳组成。基于流体的绕流阻力效应,完成了压阻式六自由度力传感器水流流速检测实验。实验证明,该传感器的量程为0～0.55 m/s,可以灵敏检测到低速水流的波动性变化,并且传感器在水流速度为0.45～0.55 m/s的测量范围内灵敏度较高。利用单晶硅材料易于小型化、滞后极小的特点,该六自由度力传感器响应快、环境适应性强、可批量制造。     

柔性MEMS流速传感器的制造及其电路设计

针对流速传感器大多存在测量量程小、柔性小而无法适应较大量程和复杂曲面的测量问题,提出了一种宽量程柔性MEMS流速传感器,结合热损失和热温差的工作原理实现对流速的测量.选取聚酰亚胺(PI)作为柔性衬底材料和铂(Pt)薄膜为热敏材料,采用金属牺牲层MEMS工艺制造了带空腔的柔性流速传感器芯片,尺寸为9 mm×7 mm×30μm.设计了采用双惠斯通电桥的恒温差测控电路.测量结果表明:制造的柔性MEMS流速传感器的TCR为0.2418％/℃,实验实现了0～36 m/s的输入风速测量,在低速、高速段内的灵敏度分别为2和0.295 mV/(m/s).同时,测量电路还展现出良好的温度补偿效应.所提出的柔性MEMS流速传感器具有宽量程、测试精度高、灵敏度高和易于实施温度补偿的优点,有望用于航空航天、国防等领域.     

用微机械技术的光集成传感器

硅单晶作为半导体材料具有优良的特性,它是一种硬度、拉伸强度和杨氏模量较大、机械性能也较好的材料.半导体工艺技术在硅单晶材料中可以充分发挥作用.因此,在硅单晶基板上利用微机械技术作成三维结构,试图把它作为坚固的机械结构与器件组合在一起使用.     

用三种类型P阱结构制成的电荷耦合器件传感器

本文描述了适用于16.9mm(2/3英寸)规格的一种488×590元列间转移电荷耦合器件(CCD)传感器。这种传感器采用了三种 p 阱(浅层阱、中层阱和深层阱)来抑制起晕和弥散。浅层 p 阱组合有光电二极管,并且为抑制起晕而完全耗尽;中层p 阱做 CCD 移位寄存器,并且为抑制弥散而完全耗尽;深层 p 阱做输出电路,并为 MOS 管的稳定操作而不完全耗尽。在10%的垂直高度光照时,起晕信号和在波长为550nm 时的光照信号一样小,为-73dB。此外,这种传感器采用 n~+-n~--p 光电二极管,以减少光谱响应随信号电荷存储的变化。     

高温压力传感器温度特性的改善

分析研究了多晶硅电阻对半导体高温压力传感器温度特性的影响，找到了改善传感器温度性能的最佳途径。研制出工作温度为２５０℃、压力量程为０－１ＭＰａ、灵敏度大于４０ｍＶ／ｍＡ·ＭＰａ的传感器。     

多晶硅双岛压力传感器应力分布的模拟计算

本言语用有限单元法对双岛型多晶硅压力传感器的应力分布进行了计算机模拟,根据模拟计算的应力分布规律,优化多晶硅应变电阻的设计,弥补了多晶硅压阻系数低于单晶硅的缺点,研制出双岛结构多昌硅压力传感器,传感器具有高灵敏度和高的工作温度,计算分析结果与实验基本相符。     

用于迫弹速度测量的柔性MEMS流速传感器仿真

大部分迫弹采用引信涡轮发电机兼作为弹道辨识用的速度传感器,但是涡轮发电机存在着低速停转和高速限速等测速问题.设计了一种贴装在引信上测量迫弹飞行速度的宽量程柔性MEMS流速传感器.利用有限元仿真软件对迫弹引信进行了流场仿真,确定了流速传感器在引信进气道内的贴装位置,并对传感器进行了热-流场耦合仿真.引信流场仿真表明,拉法尔管进气道后端壁面处流速与迫弹飞行速度为近似线性关系:迫弹飞行速度0～350 m/s对应壁面流速为0～75 m/s.进气道内安装的柔性流速传感器的热-流场耦合仿真表明,由传感器加热电阻的加热功率和三个测温电阻对的温度差可测量0.01～75 m/s的流速,这为传感器用于迫弹的弹道辨识奠定了理论基础.