基于聚酰亚胺柔性衬底微温度传感器阵列的关键技术研究

基于柔性MEMS技术,在聚酰亚胺柔性衬底上成功制作出8×8阵列的铂薄膜电阻微温度传感器.该器件特别适用于复杂几何体高曲率表面温度的实时监控.采用了两种方法制作柔性器件:第一种方法是将液态聚酰亚胺旋涂在有氧化物牺牲层的载体硅片上;第二种方法是用胶粘剂将P16051膜暂时粘在载体硅片上,然后分别在两种柔性PI衬底上制作铂薄膜热敏电阻温度传感器,最后将器件从硅片载体上分离下来.采用低温(小于300℃)工艺技术减小了PI柔性衬底的热循环.实验测试结果表明,PI衬底上的铂薄膜热敏电阻具备良好的线性度,其电阻温度系数接近于0.0023/℃.

基于柔性MEMS皮肤技术温度传感器阵列的研究

采用MEMS皮肤技术,在聚酰亚胺柔性衬底上成功研制出8×8阵列铂薄膜热敏电阻温度传感器。实验采用热氧化硅片为机械载体,以便于旋涂液态聚酰亚胺柔性衬底上器件的加工。最后用湿法腐蚀方法将柔性器件从载体上释放下来。试验表明聚酰亚胺衬底上的铂薄膜热敏电阻与温度的变化具有良好的线性,其电阻温度系数达0.0023/℃。与固态聚酰亚胺膜衬底相比,采用旋涂液态聚酰亚胺解决了制备中遇到的两大主要困难:其一,消除了涂聚酰亚胺衬底与载体界面之间的气泡,聚酰亚胺衬底表面能保持良好平整度;其二,制备过程中由于热循环而使柔性衬底产生的热膨胀明显减小。这种柔性温度传感器阵列易贴于高曲率物体表面以探测小面积温度场分布。

MEMS传感器性能提高相关技术研究

在分析MEMS(微电子机械系统 )传感器当前的发展现状、特点特别是在器件实用化和产品化进程中所面临的挑战后 ,提出了MEMS传感器技术实用化的关键———提高器件性能满足应用要求。根据研究经历举例说明改进传感器材料、结构。

纳机电探针阵列与压阻式传感器集成技术研究

给出了纳机电探针阵列与压阻式传感器集成一维阵列器件结构及工作原理;通过理论计算得到该结构的一些主要的特性参数,计算结果与ANSYS模拟结果相符合;并运用微纳机械加工技术制造出该器件。该器件将加热电阻器、压阻式传感器和硅基针尖集成于在同一超薄微细悬臂梁,通过楔形开孔的机械切断,避免了加热电阻器高温处的PN结在高温下失去电隔离作用。室温下测得该器件加热电阻器的阻值为500～600Ω,压阻式传感器的力敏电阻器的阻值为6～8kΩ。

基于振动能量采集器的无源无线传感节点技术研究

随着以MEMS技术为依托,结合压电效应的振动能量采集技术的日臻完善,如何利用振动能量采集器构成高效的无源无线传感节点成为近期研究热点,而能量采集器输出的电能储存控制和低功耗发射技术是实现该节点的难点。在设计出对储能电容电压具有双阈值检测与控制功能的低功耗电路基础上,给出了一种自报警、无源无线低功耗传感节点。实验表明,在频率52 Hz正弦振动、振动加速度幅值为5 gn激励下,经过125 s的能量储存,节点能够以+10 d Bm功率在16 ms内完成发射及无线报警,发射距离可达1.31 km。该节点构成的无线传感网络可广泛应用于石油管线、桥梁和军事侦察等外部供电极度受限环境的现场监控等用途。

基于表面微机械技术的压阻式加速度传感器

文中介绍了一种以表面微机械技术制造的带有片上静电自检测功能的压阻式加速度传感器。该芯片制造利用了表面微机械加工技术,以低应力氮化硅薄膜为结构材料,多晶硅作为压阻材料,引入了准LIGA的电镀铜工艺,实现了一款低成本、与IC制造工艺相兼容的压阻式加速度传感器。电镀的铜质量块使压阻输出获得了足够高的灵敏度。利用金属质量块和衬底形成的一对电极,实现了可片上检测器件是否正常工作的片上静电自检测功能。传感器测试结果表明,加速度输出灵敏度为25.1μV/g,-3 dB频率带宽为1.3 kHz.

用于微电子机械系统封装的体硅键合技术和薄膜密封技术

对静电键合、体硅直接键合和界面层辅助键合等三种体硅键合技术 ,整片操作、局部操作和选择保护等三种密封技术 ,以及这些技术用于微电子机械系统的密封作了评述 ,强调在器件研究开始时应考虑封装问题 ,具体技术则应在保证器件功能和尽量减少芯片复杂性两者之间权衡决定。

应力型微悬臂梁生化传感器响应机理研究进展

针对静态微悬臂梁表面特异性结合产生表面应力信号的响应机制问题,介绍了微悬臂梁生化传感器的工作原理,阐述了应力响应机制的简化模型,从纵向界面上和横向分子间2个方面对特异性吸附引起的悬臂梁表面应力的变化进行了剖析,讨论了界面能变化、位阻作用、静电力、氢键作用等与表面应力大小及方向之间的关系,总结了应力型微悬臂梁生化传感器的响应机理的研究。

基于MEMS的气相色谱分析传感技术

基于微机电系统(micro-electro-mechanical systems,MEMS)技术实现分析仪器的微小型化是目前MEMS领域的重要研究内容之一。气相色谱仪是一种应用十分广泛的复杂气体分析仪器,基于MEMS技术实现气相色谱仪的微小型化,可满足当前快速增长的实时、在线、快速检测的需要。基于MEMS技术实现气相色谱仪核心部件的芯片化,并对其集成技术进行研究是当前基于MEMS的气相色谱分析传感技术研究的主要内容,给出了该分析传感技术的国内外研究现状及其技术发展趋势。

基于LabVIEW的谐振式微悬臂梁传感器智能激励与检测系统

为了解决使用模拟锁相环设计传感器接口电路带来的精度低、测量过程繁琐等问题,采用软件锁相环设计了基于LabVIEW的谐振式微悬臂梁传感器智能激励与检测系统。将开环检测与闭环检测相结合,通过开环扫频获取待测传感器的参数信息,并通过在软件部分设计的锁相跟踪算法,使锁相更具针对性,锁相过程更快更准。采用该系统制作了便携式气体传感器样机,并对二氧化碳气体进行了实测,验证了该系统具有快速的频率跟踪能力和良好的频率稳定性。

基于金硅腐蚀自停止技术的亚微米梁制作研究

提出了利用无电极电化学腐蚀自停止技术制作亚微米梁结构的新工艺方法。根据金硅腐蚀自停止现象发生的条件,结合硅材料的各向异性腐蚀特性,设计器件结构,利用腐蚀暴露面积变化实现了硅的选择性自停止腐蚀。在(111)型硅片上利用原电池钝化效应一次性腐蚀出与衬底绝缘,由约4μm厚的金电极支撑,厚度约为235 nm的亚微米梁结构,具有制作简单、成品率高、成本低等特点,应用前景广阔。

纸基微流控电化学传感器芯片的研究进展

由于纸基微流控芯片的自驱动性、易制备、集成度高、低试剂消耗以及成本低等特点,近年来,在分析检测领域得到高度关注,然而,其最大不足是选择性和灵敏度难以满足实际需求。电化学传感器是一类以电极为信号转换器,通过敏感元件的构筑,将电极表面物质化学反应的选择性和高灵敏相结合,并且由于电化学传感器结构简单,极易与纸基微流控芯片实现高度集成化,因此,电化学传感器与纸基微流控芯片的结合很好地解决了当前纸基微流控芯片在分析检测方面的不足。该文对纸基微流控电化学传感器芯片进行了研究综述,首先介绍纸基在微流控芯片制备方面的特点和优势,以及纸基微流控芯片的加工制备方法,然后阐述了电化学传感器原理和电化学电极的制备方法,最后介绍了近几年纸基微流控电化学传感器芯片在环境、医学和食品检测方面的应用实例,并展望了纸基微流控电化学传感器未来研究趋势。

谐振微悬臂梁传感器的工作原理及其在生化检测中的研究进展

谐振微悬臂梁是一种可以将质量变化转换为频率信号的微质量型传感器,因其分辨率高、灵敏度高、成本低、易于集成和小型化等优点而备受关注。谐振微悬臂梁现已被广泛应用于流量控制、生物医学痕量检测、气态和液态分子分析等领域。近年来,随着微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)技术的快速发展,针对谐振式微悬臂梁传感器的研究与应用越来越多,对近年来谐振式微悬臂梁传感器在环境检测、生物医学等领域的具体应用进行了综述,并对未来的发展方向做出了展望。

石墨烯修饰铂电极传感器测定水中微量重金属镉和铅

建立了石墨烯修饰铂电极(G/Pt)共沉积铋膜测定水中微量重金属镉和铅的方法。采用微机电系统(MEMS)工艺制作铂电极,并利用CVD法在铂电极上原位生长石墨烯,制备了石墨烯修饰铂电极,与Ag/AgCl参比电极、铂丝对电极构成三电极体系;采用差分脉冲阳极溶出伏安法对水中微量的镉和铅进行测定。在pH=4.5的醋酸-醋酸钠(HAc-NaAc)底液中,Cd2+和Pb2+分别在#0.72和#0.48 V灵敏地产生溶出峰,线性范围分别为0.05～10 mg/L和0.03～5 mg/L,检出限均为10!g/L。本方法操作简单、安全快速、重现性好,适合于废水、地表水、及生活用水中镉和铅的测定。

微型光纤磁传感器的设计与制作

提出了一种基于微机电系统(MEMS)扭镜结构的光纤磁场传感器,并利用对角度变化非常敏感的双光纤准直器对扭镜的扭转角度进行了检测。该MEMS光纤磁传感器由MEMS扭镜结构、磁性敏感薄膜和双光纤准直器组成。文中分析了器件的磁敏感原理和光纤检测原理,介绍了器件综合设计方法,并给出了器件的结构参数。利用MEMS加工技术成功制作出了MEMS光纤磁传感器样品,最终得到的磁传感器的尺寸为3.7 mm×2.7 mm×0.5 mm。对磁传感器进行了实验测试,得到的输出实验值与理论值吻合。测试结果表明,该磁传感器的光纤检测灵敏度可达到0.65 dB/mT,最小可分辨磁场可达167 nT。将MEMS敏感结构与光纤检测相结合,该传感器兼备了两者的优点,结构紧凑、制作工艺简单、工作时无需电流激励。

曲面过载保护的新型高g值冲击硅微机械加速度传感器的设计

给出一种测量高g值冲击加速度的硅微机械加速度传感器的结构和动力学模型 ,此传感器为整体式悬臂梁结构 ,采用硅微机械加工技术制作 ,便于封装和大批量低成本制造。其敏感方向在硅片平面内 ,两个压敏电阻分布在悬臂梁的顶端 ,两个完全相同的悬臂梁沿相反方向分布 ,四个压敏电阻构成惠斯通全桥连接 ;悬臂梁的过载保护采用上下两个曲面 ,一方面有效地提高悬臂梁的过载保护能力 ,另一方面调节加速度传感器的压膜阻尼 ,使之接近临界阻尼 ,有效抑制自由振动模态 ,提高测量精度。

一种新颖的基于MEMS技术的光读出热成像系统性能分析与制作

提出了一种新颖的光读出红外热成像系统设计 .该系统利用光学读出技术将红外图像直接转化为可见光图像 ,其核心部件是一个基于微电子机械技术 (MEMS)制作的法布里 泊罗 (Fabry Perot)微腔红外探测器列阵 (F PMCIRDA) .通过对Au/SiNx双材料体系的理论分析 ,得出了可动微镜的最大热 机械灵敏度、机械 光灵敏度及其温度响应分别为 6 .4 7× 10 -9m/K、1.5 3× 10 8m-1、2 .0 5× 10 -4.对系统噪声分析表明 :在目前的设计中 ,系统的噪声等效温差 (NETD)为 5 .1K ,而其极限值有望达到 5 8mK .采用体硅MEMS工艺 ,制作出了 5 0× 5 0的Fabry Perot微腔列阵 .实验表明 ,在红外辐射作用下 ,可动微镜有明显的位移 。

铰链式高冲击微加速度传感器封装的有限元模拟

给出了一种新型铰链式高冲击微加速度传感器实际封装结构的有限元模拟分析。首先分析了封装前铰链式加速度传感器的振型,然后分析了封装结构在无灌封和五种不同灌封材料下的前十阶模态频率特性。灌封胶弹性模量对封装后加速度传感器整体结构的振动模态有一定的影响,封装结构同一振型的模态频率随着灌封胶弹性模量的增大而增大,但是灌封胶弹性模量很小时(E≤1 GPa)会导致加速度传感器信号失真。模拟结果表明,可以选择弹性模量足够高的材料(E>9 GPa)作为高冲击加速度传感器的灌封材料。

梳齿的不平行对电容式微机械传感器可靠工作范围的影响

分析了梳齿电容式传感器梳齿极板间的不平行在三种电容驱动下 ,对传感器的可靠工作范围的影响 .结果表明梳齿电容在同样的电压驱动下 ,当电容极板间的倾斜角由 0 1°变到 0 5°时 ,单边电容结构和双边电容结构的可靠工作范围变为电容极板完全平行时的 0 4 5 ,0 5 6 .对力平衡的双边梳齿电容结构 ,当倾斜角由 0 1°变到 0 15°时 ,可靠工作范围分别变为原来的 0 92 5 .并针对DRIE工艺刻蚀梳齿的原理 ,讨论了改进方法 .

微机械陀螺传感器模型与接口电路的混合模拟

根据微机械陀螺的动力学方程建立了组合微机械陀螺振动特性和电学特性的传感器等效电路模型 ,并通过电路模拟工具 PSPICE对模型进行验证。利用该模型与接口电路的混合模拟 ,可以分析陀螺整个系统的工作性能。