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新型集成三维微力检测微夹持器 被引量:7
1
作者 王家畴 荣伟彬 +2 位作者 孙立宁 谢晖 陈伟 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期550-556,共7页
提出了一种以压阻检测技术为基础,压电陶瓷为微驱动元件,具有两级位移放大且集成三维微力传感器的微夹持器。采用有限元软件对微操持器放大机构和传感器弹性体进行分析,并给出了传感器的标定方法。实验证明,该传感器具有无耦合、测量分... 提出了一种以压阻检测技术为基础,压电陶瓷为微驱动元件,具有两级位移放大且集成三维微力传感器的微夹持器。采用有限元软件对微操持器放大机构和传感器弹性体进行分析,并给出了传感器的标定方法。实验证明,该传感器具有无耦合、测量分辨率高、线性度好、标定简单的优点,满足了预计的设计要求,传感器最大量程为10 mN,X向与Y向的分辨率均为2.4μN,Z向的分辨率为4.2μN;同时也验证了所设计的微夹持器的合理性和实用性,当压电陶瓷驱动电压取200 V时,微夹持器的张合量达到最大值274μm。 展开更多
关键词 三维微力传感器 压电陶瓷 解耦 微夹持器 有限元分析
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基于体硅工艺的定位平台制作工艺分析 被引量:6
2
作者 王家畴 荣伟彬 +1 位作者 李昕欣 孙立宁 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期636-641,共6页
针对纳米定位平台的构型和定位精度问题,采用体硅加工技术成功地研制了一种基于单晶硅并带有位移检测功能的新型二自由度纳米级定位平台。介绍了定位平台的相关制作工艺,并对关键工艺进行了分析,总结了导致器件失效的主要原因,探讨了减... 针对纳米定位平台的构型和定位精度问题,采用体硅加工技术成功地研制了一种基于单晶硅并带有位移检测功能的新型二自由度纳米级定位平台。介绍了定位平台的相关制作工艺,并对关键工艺进行了分析,总结了导致器件失效的主要原因,探讨了减少失效的方法。同时,提出了一种可行的面内侧面压阻加工方法。通过对深度反应离子刻蚀(DRIE)工艺参数的调整,成功地刻蚀出大尺寸、大深宽比的结构释放窗口,释放了最小线宽为2.5μm,厚度为50μm的梳齿结构。 展开更多
关键词 体硅工艺 深度反应离子刻蚀 背片技术 面内侧面压阻 纳米级定位平台
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基于PMAC运动控制器的开放式数控系统研究 被引量:7
3
作者 王家畴 位在林 +1 位作者 宋芳 尤波 《哈尔滨理工大学学报》 CAS 2004年第5期1-3,共3页
为满足加工生产高压玻璃钢管道外螺纹的要求,以PMAC运动控制技术为基础,提出了一种以PMAC为控制系统核心、工业控制计算机(IPC)为系统支撑单元的双CPU开放式数控系统,给出了该系统功能、硬件结构和软件设计方法.实践证明,该数控系统不... 为满足加工生产高压玻璃钢管道外螺纹的要求,以PMAC运动控制技术为基础,提出了一种以PMAC为控制系统核心、工业控制计算机(IPC)为系统支撑单元的双CPU开放式数控系统,给出了该系统功能、硬件结构和软件设计方法.实践证明,该数控系统不仅可以实现人机接口的定制和实时控制部件的参数化,而且轨迹行程精确、响应速度快、定位准确度高等优良性能. 展开更多
关键词 PMAC 开放式数控系统 磨螺纹机床 双CPU
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带有位移检测功能的纳米级定位平台 被引量:4
4
作者 王家畴 荣伟彬 +1 位作者 李昕欣 孙立宁 《纳米技术与精密工程》 EI CAS CSCD 2008年第5期376-382,共7页
为了解决纳米定位平台小型化、定位精度高的问题,采用体硅加工技术成功地研制了一种基于单晶硅的、带有位移检测功能的新型二自由度微型定位平台.介绍了定位平台的工作原理,通过理论计算和有限元模拟相结合的方法实现定位平台的结构设计... 为了解决纳米定位平台小型化、定位精度高的问题,采用体硅加工技术成功地研制了一种基于单晶硅的、带有位移检测功能的新型二自由度微型定位平台.介绍了定位平台的工作原理,通过理论计算和有限元模拟相结合的方法实现定位平台的结构设计.提出了一种面内侧壁压阻加工方法,成功地在定位平台上集成了压阻位移检测传感器.实验结果表明,有效驱动电压取23.68V时,定位平台最大单轴输出位移为10μm,运动平台的定位精度优于20nm;室温下压阻传感器的阻值为4.2kΩ,击穿电压为75V,在平台输出位移为10nm时,压阻器件的灵敏度(电阻相对变化)达到了3.6×10-5,完全满足设计要求. 展开更多
关键词 体硅微加工工艺 微型定位平台 面内侧壁压阻 有限元方法 压阻灵敏度
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纳米操作系统研究现状及关键技术 被引量:4
5
作者 王家畴 荣伟彬 孙立宁 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2007年第3期340-343,共4页
纳米操作技术是能精确地改变、控制原子、分子及纳米尺度器件的技术。在总结纳米操作系统的概念、组成结构的基础上,分析了国内外的最新动态及其关键技术,为纳米操作系统的进一步设计与开发提供了翔实的信息和参考依据,并对纳米操作系... 纳米操作技术是能精确地改变、控制原子、分子及纳米尺度器件的技术。在总结纳米操作系统的概念、组成结构的基础上,分析了国内外的最新动态及其关键技术,为纳米操作系统的进一步设计与开发提供了翔实的信息和参考依据,并对纳米操作系统未来的发展趋势进行了展望。 展开更多
关键词 纳米操作系统 纳米操作技术 关键技术 发展趋势
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微操作中力的检测及控制 被引量:2
6
作者 王家畴 荣伟彬 孙立宁 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2007年第4期464-467,共4页
微操作过程中,操作对象的特征尺寸通常小于1 mm。由于尺度效应和表面效应,操作对象本身的重力和惯性力不再起主导作用,粘附力作用成为影响微操作成败的关键因素。这就导致了单靠宏观上的操作技术不能充分解决微观领域操作问题。该文在... 微操作过程中,操作对象的特征尺寸通常小于1 mm。由于尺度效应和表面效应,操作对象本身的重力和惯性力不再起主导作用,粘附力作用成为影响微操作成败的关键因素。这就导致了单靠宏观上的操作技术不能充分解决微观领域操作问题。该文在论述微操作过程中粘附力作用机理的基础上给出了一些微操作过程中有关力的检测、控制的可行方法。 展开更多
关键词 微操作 粘附力 力传感器 力控制
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硅基集成式微型平面纳米级定位平台控制 被引量:1
7
作者 王家畴 李昕欣 孙立宁 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2009年第B11期232-235,254,共5页
为了解决纳米级定位平台小型化、低能耗、定位精度高的问题,基于结构、驱动和检测一体化的设计理念,研制出了一种硅基片上集成式微型平面纳米级XY定位平台,在建立定位平台数学模型基础上,利用Matlab分析软件对定位平台开环和闭环控制特... 为了解决纳米级定位平台小型化、低能耗、定位精度高的问题,基于结构、驱动和检测一体化的设计理念,研制出了一种硅基片上集成式微型平面纳米级XY定位平台,在建立定位平台数学模型基础上,利用Matlab分析软件对定位平台开环和闭环控制特性进行了比较和仿真分析。在实际控制中,针对硅微机械加工的MEMS器件难以获取精确数学模型的不足,将单神经元算法和传统PID控制算法相结合,设计了具有自动识别被控过程参数并对控制参数进行实时自校正的单神经元自适应PID控制器,依靠平台自身集成的位移传感器实现了定位平台的位置闭环控制,实验结果表明:单神经元自适应PID控制器不仅具有结构简单、鲁棒性好等特点而且能够有效地弥补硅基定位平台由于微机械加工限制造成的机构方面不足,定位平台的动态和稳态性能良好,最大工作行程±10μm,稳定时间小于2.5 ms,重复定位精度优于24.9 nm. 展开更多
关键词 MEMS 硅基集成式定位平台 位移传感器 闭环控制 开环控制 神经元自适应PID控制
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基于体硅工艺的集成式定位平台
8
作者 王家畴 荣伟彬 +2 位作者 李昕欣 孙立宁 马立 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期333-340,共8页
针对纳米定位平台的构型和定位精度问题,采用体硅加工技术成功地研制出了一种基于单晶硅并带有位移检测功能的新型二自由度微型定位平台,定位平台采用侧向平动静电梳齿驱动。利用力电耦合和能量守恒原理分析了静电致动器的致动机理,对... 针对纳米定位平台的构型和定位精度问题,采用体硅加工技术成功地研制出了一种基于单晶硅并带有位移检测功能的新型二自由度微型定位平台,定位平台采用侧向平动静电梳齿驱动。利用力电耦合和能量守恒原理分析了静电致动器的致动机理,对定位平台的主要失效模型、静态和动态特性进行详细建模分析,证明了静电梳齿力电耦合所导致的侧壁不稳定以及驱动器的最大稳定输出位移,给出了平台稳定工作条件下梳齿间隙、梳齿初始交错长度以及复合柔性支撑梁的弹性刚度比之间的关系。动态分析时考虑空气阻尼对平台的影响,给出了平台最大运行速度、位移及动态条件下的临界驱动电压并把分析结果应用于平台闭环控制。实验结果表明:驱动电压30 V时,平台稳定输出位移达10μm,机械稳定时间仅为2.5 ms。 展开更多
关键词 体硅工艺 纳米级定位平台 静电驱动 致动机理 特性分析
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微创手术式硅微机械加工(MISSM)技术
9
作者 王家畴 刘洁丹 李昕欣 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第7期885-890,共6页
介绍了一种新颖的微创手术式硅微机械加工(MISSM)技术,该技术充分利用(111)硅片的晶向分布和各向异性湿法腐蚀的特性。通过在单晶硅片表面制作一系列微型释放窗口来定义结构的轮廓及尺寸,实现在单晶硅片内部选择性可自停止腐蚀技术,制... 介绍了一种新颖的微创手术式硅微机械加工(MISSM)技术,该技术充分利用(111)硅片的晶向分布和各向异性湿法腐蚀的特性。通过在单晶硅片表面制作一系列微型释放窗口来定义结构的轮廓及尺寸,实现在单晶硅片内部选择性可自停止腐蚀技术,制作出不同结构尺寸的腔体。同时,结合不同器件结构设计的需求,缝合微型释放窗口并进行后续工艺制作及最终可动结构释放。该技术采用微创手术式单硅片单面体硅工艺替代传统的表面微机械工艺,制作工艺简单,既具有单硅片单面加工的优势又便于与IC工艺兼容。文章详细讲述了微创手术式三维微机械结构的成型机理和工艺流程,并针对其关键技术进行了系统的分析,取得了令人满意的结果。 展开更多
关键词 MEMS MISSM技术 单硅片单面加工 微型释放窗口
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基于MEMS技术的微操作三维力传感器研究 被引量:10
10
作者 荣伟彬 王家畴 +2 位作者 赵玉龙 陈立国 孙立宁 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期692-698,共7页
针对微操作过程中对微力觉信号的需求,以压阻检测技术为基础结合MEMS加工工艺,设计了一种用于微操作的三维力传感器,建立传感器的数学模型并用有限元分析软件对敏感弹性元件进行分析。利用悬臂梁受力弯曲变形的原理结合显微视觉技术,实... 针对微操作过程中对微力觉信号的需求,以压阻检测技术为基础结合MEMS加工工艺,设计了一种用于微操作的三维力传感器,建立传感器的数学模型并用有限元分析软件对敏感弹性元件进行分析。利用悬臂梁受力弯曲变形的原理结合显微视觉技术,实现对传感器的标定,并给出了传感器的信号处理方法。实验证明,该传感器具有耦合小、测量分辨率高、线性度好、标定简单的优点,满足了预计的设计要求。传感器最大量程为10mN,X向与Y向的分辨率均为2.4μN,Z向的分辨率为4.2μN。 展开更多
关键词 三维微力传感器 压阻检测技术 有限元分析 标定实验
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侧壁压阻式力传感器的研制与标定 被引量:7
11
作者 陈涛 孙立宁 +3 位作者 陈立国 荣伟彬 李昕欣 王家畴 《纳米技术与精密工程》 EI CAS CSCD 2010年第3期201-205,共5页
在对现有微操作中夹持力问题进行分析的基础上,提出了一种基于面内侧壁压阻的力传感器加工方法,成功地在MEMS微夹持器上集成了压阻式的力检测传感器,对夹持力的检测反馈实现了微操作的闭环控制.该方法利用离子注入工艺和深度反应离子刻... 在对现有微操作中夹持力问题进行分析的基础上,提出了一种基于面内侧壁压阻的力传感器加工方法,成功地在MEMS微夹持器上集成了压阻式的力检测传感器,对夹持力的检测反馈实现了微操作的闭环控制.该方法利用离子注入工艺和深度反应离子刻蚀(DRIE)工艺相结合制作检测梁侧壁压阻,改善了侧壁压阻工艺与其他工艺间的兼容性问题.最后通过压电叠堆驱动平台结合精密电子秤对压阻传感器进行了标定.测试表明,这种微力传感器加工技术可以很好地与其他工艺相兼容,力传感器的灵敏度优于72V/N,分辨率优于3μN. 展开更多
关键词 微机电系统 侧壁压阻 力传感器
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一种集成三维微力传感器的微夹持器研制 被引量:5
12
作者 荣伟彬 谢晖 +2 位作者 王家畴 孙立宁 陈伟 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2007年第2期175-178,共4页
微操作中力的检测与控制是实现无损伤操作的关键。因此,该文提出了一种以压阻检测技术为基础,集成三维微力传感器的微夹持器。传感器标定实验结果表明,该传感器具有耦合小,测量分辨率高,线性度好的优点。传感器量程为-10^+10 mN,在x、y... 微操作中力的检测与控制是实现无损伤操作的关键。因此,该文提出了一种以压阻检测技术为基础,集成三维微力传感器的微夹持器。传感器标定实验结果表明,该传感器具有耦合小,测量分辨率高,线性度好的优点。传感器量程为-10^+10 mN,在x、y向的分辨率均为2.4μN,z向的分辨率为4.2μN。微夹持器采用压电陶瓷驱动两级柔性放大机构,实现张合量300μm,完成了微夹持实验。 展开更多
关键词 微夹持器 三维微力传感器 压阻检测 标定实验
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基于压电驱动的靶球筛选操作机理及实验研究 被引量:2
13
作者 陈涛 陈立国 +3 位作者 潘明强 王振华 王家畴 孙立宁 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2012年第1期56-60,共5页
针对惯性约束聚变中靶球筛选操作的粘着问题,提出一种基于压电驱动控制的微操作方法,并结合微机电系统(MEMS)技术和微驱动方法,研制压电驱动操作模块用于实验研究。首先,分析微尺度对象粘着机理并进行粘着接触模型的建立,并在此基础上... 针对惯性约束聚变中靶球筛选操作的粘着问题,提出一种基于压电驱动控制的微操作方法,并结合微机电系统(MEMS)技术和微驱动方法,研制压电驱动操作模块用于实验研究。首先,分析微尺度对象粘着机理并进行粘着接触模型的建立,并在此基础上提出对操作工具施加振动,利用惯性力作用克服粘着力的动态操作方法;同时,结合靶球筛选操作的特点,分析操作控制策略;最后建立了基于压电驱动的微操作实验系统。针对直径φ50~400μm的靶球对象进行操作实验,成功实现了靶球样品的高效、准确拾取和释放,拾取和释放成功率大于90%。 展开更多
关键词 惯性约束聚变 微操作 粘着 压电驱动
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基于侧壁压阻式的位移传感器研制及应用
14
作者 孙立宁 王家畴 +1 位作者 荣伟彬 李欣昕 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第8期1589-1594,共6页
为了提高面内运动位移检测的灵敏度和改善侧壁压阻工艺与其他工艺间的兼容性问题,研究了一种可用于面内运动位移检测的传感器,提出了利用离子注入工艺和深度反应离子刻蚀(DRIE)工艺相结合制作检测梁侧壁压阻的方法.侧壁压阻式位移传感... 为了提高面内运动位移检测的灵敏度和改善侧壁压阻工艺与其他工艺间的兼容性问题,研究了一种可用于面内运动位移检测的传感器,提出了利用离子注入工艺和深度反应离子刻蚀(DRIE)工艺相结合制作检测梁侧壁压阻的方法.侧壁压阻式位移传感器的灵敏度比在检测梁表面制作压阻的传统位移传感器高近一倍.同时把位移传感器集成到基于体硅工艺的纳米级定位平台上,实验测试表明,这种位移传感器加工技术可以很容易地与其他工艺相兼容,位移传感器的灵敏度优于0.903mV/μm,线形度优于0.814%,分辨率优于12.3nm. 展开更多
关键词 微机电系统 侧壁压阻 定位平台 反应离子刻蚀 位移传感器
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基于切割成型的侧壁表面压阻制作及其参数优化
15
作者 宋芳 王家畴 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期182-186,共5页
为了提高MEMS执行器件对面内运动位移(或力学信号)检测的灵敏度并改善侧壁检测电阻制作工艺与其他工艺及其不同器件结构之间的兼容性问题,提出一种基于离子注入工艺和深度反应离子刻蚀(DRIE)工艺相结合制作检测梁侧壁压阻的方法。在此... 为了提高MEMS执行器件对面内运动位移(或力学信号)检测的灵敏度并改善侧壁检测电阻制作工艺与其他工艺及其不同器件结构之间的兼容性问题,提出一种基于离子注入工艺和深度反应离子刻蚀(DRIE)工艺相结合制作检测梁侧壁压阻的方法。在此基础上,详细分析了影响位移检测灵敏度和分辨率的各种因素,并对侧壁压阻的结构尺寸及其工艺参数进行优化。最后,给出了侧壁表面压阻在几种不同类型典型MEMS执行器件中的应用,取得了很好的应用效果。 展开更多
关键词 MEMS DRIE 侧壁表面压阻 位移检测 参数优化
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基于(111)硅单片集成三轴加速度计的工艺研究 被引量:3
16
作者 赵忆 王家畴 +1 位作者 陈方 李昕欣 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2015年第6期390-395,共6页
介绍了一种新型单片集成电容式三轴微加速度计的加工方法,该方法采用非绝缘体上硅(SOI)的单硅片单面加工技术,易于与IC工艺兼容,而且成本低廉,成品率高,适用于批量生产,可替代传统的SOI工艺。该方法主要利用硅深度反应离子刻蚀(DRIE)技... 介绍了一种新型单片集成电容式三轴微加速度计的加工方法,该方法采用非绝缘体上硅(SOI)的单硅片单面加工技术,易于与IC工艺兼容,而且成本低廉,成品率高,适用于批量生产,可替代传统的SOI工艺。该方法主要利用硅深度反应离子刻蚀(DRIE)技术结合普通(111)单晶硅片内部可选择性横向自停止腐蚀技术制作并释放得到悬浮可动的敏感结构。此外,创新的锚点设计不仅使检测电极之间相互电学隔离,而且便于引线键合与封装。最后基于开环接口电路对加工制造的三轴加速度计进行了测试,验证了该工艺的可行性。 展开更多
关键词 微机电系统(MEMS) (111)硅 单硅片单面加工 三轴加速度计 单片集成
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p+Si/Au热电堆式气体流量传感器一维模型及其应用 被引量:2
17
作者 王珊珊 王家畴 李昕欣 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期161-166,共6页
为了优化热电堆式气体流量传感器的结构参数使其灵敏度达到最佳,建立了一个一维数学模型,此模型能够快速反映当器件关键尺寸变化时传感器输出电压的变化,有限元仿真软件结果证实了此一维模型的有效性。并利用此模型对一系列器件关键参... 为了优化热电堆式气体流量传感器的结构参数使其灵敏度达到最佳,建立了一个一维数学模型,此模型能够快速反映当器件关键尺寸变化时传感器输出电压的变化,有限元仿真软件结果证实了此一维模型的有效性。并利用此模型对一系列器件关键参数进行仿真分析,结合工艺参数得到了一个最优化的器件尺寸。根据这一尺寸制造了一个p+Si/Au热电堆式气体流量传感器以进一步验证一维模型。测试得到的传感器归一化灵敏度为481 [mV/(m/s)]/W。此参数比之前的工作高出数倍。此外,测试所得的输出电压曲线与一维模型仿真的曲线一致性也较好,进一步证明了这一一维模型的正确性。 展开更多
关键词 热电堆式气体流量传感器 1-D数学模型 单面硅微机械加工 p+Si/Au 热电堆
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Development of Integrated Micro Nano-positioning xy-stage based on Bulk Micro-machining
18
作者 王家畴 《Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science)》 SCIE EI CAS 2009年第S1期195-199,共5页
For operation and manipulation with nanometric positioning precision,an integrated micro nano-positioning xy-stage is developed,which is mainly composed of a silicon-based xy-stage,comb-driven actuator and displacemen... For operation and manipulation with nanometric positioning precision,an integrated micro nano-positioning xy-stage is developed,which is mainly composed of a silicon-based xy-stage,comb-driven actuator and displacement sensor.The high-aspect-ratio comb-driven xy-stage is achieved by deep reactive ion etching (DRIE) in both sides of wafer.The displacement sensor is mainly composed of four vertical sidewall surface piezoresistor connected to form a full Wheatstone bridge.A simple vertical sidewall surface piezoresistor process which improves on the basis of the conventional surface piezoresistor technique is proposed.The experimental results verify the integrated micro nano-positioning xy-stage including the vertical sidewall surface piezoresistor technique.The sensitivity of the fabricated piezoresistive sensors is better than 1.17 mV/μm without amplification and the linearity is better than 0.814%.Under 30 V driving voltage,a ±10 μm single-axis displacement is measured without crosstalk.The displacement resolution of the micro xy-stage is better than 10.8 nm. 展开更多
关键词 MEMS silicon integrated xy-stage comb-driven actuator vertical sidewall surface piezoresistor
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A Silicon Integrated Micro Positioning xy-Stage for Nano-Manipulation
19
作者 王家畴 荣伟彬 +1 位作者 孙立宁 李欣昕 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第10期1932-1938,共7页
An integrated micro positioning xy-stage with a 2mm × 2mm-area shuttle is fabricated for application in nano- meter-scale operation and nanometric positioning precision. It is mainly composed of a silicon-based x... An integrated micro positioning xy-stage with a 2mm × 2mm-area shuttle is fabricated for application in nano- meter-scale operation and nanometric positioning precision. It is mainly composed of a silicon-based xy-stage,electrostatics comb actuator,and a displacement sensor based on a vertical sidewall surface piezoresistor. They are all in a monolithic chip and developed using double-sided bulk-micromachining technology. The high-aspect-ratio comb-driven xy-stage is achieved by deep reactive ion etching (DRIE) in both sides of the wafer. The detecting piezoresistor is located at the vertical sidewall surface of the detecting beam to improve the sensitivity and displacement resolution of the piezoresistive sensors using the DRIE technology combined with the ion implantation technology. The experimental results verify the integrated micro positioning xy-stage design including the micro xy-stage, electrostatics comb actuator,and the vertical sidewall surface piezoresistor technique. The sensitivity of the fabricated piezoresistive sensors is better than 1.17mV/μm without amplification and the linearity is better than 0. 814%. Under 30V driving voltage, a ± 10vm single-axis displacement is measured without crosstalk and the resonant frequency is measured at 983Hz in air. 展开更多
关键词 MEMS integrated micro xy-stage electrostatics comb actuator vertical sidewall surface piezoresistor inplane
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(111)硅片的高性能热堆式气体流量传感器及其封装技术研究
20
作者 黄涛 王家畴 李昕欣 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期30-38,共9页
流量测控在生物医疗、农业监测、汽车电子等方面具有举足轻重的作用。针对现有热堆式气体流量传感器普遍存在着器件尺寸大、灵敏度低、成本高等不足,基于(111)硅片的单面微机械加工工艺设计了一款p^(+)Si/Au热电堆式气体流量传感器。采... 流量测控在生物医疗、农业监测、汽车电子等方面具有举足轻重的作用。针对现有热堆式气体流量传感器普遍存在着器件尺寸大、灵敏度低、成本高等不足,基于(111)硅片的单面微机械加工工艺设计了一款p^(+)Si/Au热电堆式气体流量传感器。采用高塞贝克系数的p^(+)Si/Au材料制作热电偶,结合“鱼骨状”隔热薄膜和嵌入式隔热腔体结构,最大程度增大了器件的热阻,降低了热损耗,提升了器件的灵敏度。同时,热电偶冷端与单晶硅衬底之间采用高导热的复合金属相连,不仅增大了热电偶冷热端之间的温度差,而且简化了工艺的复杂度。得益于单面微机械加工工艺,传感器尺寸仅有0.65 mm×0.65 mm。在此基础上,基于气体流道封装以及信号处理电路,设计了集传感器芯片,气流流道以及处理电路于一体的气体流量检测模块。测试结果表明,在320倍电压放大及1.0 V的电压偏置下,该器件的归一化灵敏度约为5.4 mV/sccm/mW,响应时间为1.44 ms。 展开更多
关键词 热堆式气体流量传感器 单面硅微机械加工 p^(+)Si/Au热电堆 气流流道
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