用于气体传感器的微热板工艺流程与性能对比

微热板式气体传感器具有功耗低、体积小和灵敏度高等优点,具有良好的产业化前景,而传感器芯片批量制造成品率与单芯片加工成本是其能否产业化的关键。在传感器芯片批量制造中引入成熟标准CMOS工艺,采用四臂支撑悬空结构,以钨为加热丝,多层介质薄膜为机械支撑膜,顶层金属为气敏电极;作为对比,同时设计了MEMS工艺流程,制造了以铂为加热丝,PECVD氧化硅和氮化硅为机械支撑膜,黄金气敏电极的相同结构传感器芯片。对比了工艺成本和器件性能,CMOS微热板芯片的功耗、热响应、热稳定性以及成本等性能均达到甚至优于MEMS微热板水平。由于CMOS工艺线量产能力和加工精度均优于常见MEMS工艺线,因此单芯片成本更低,集成度更高,非常适合微热板式气体传感器阵列芯片的产业化生产制造。

用于微热板气体传感器的EHD打印有限元仿真

为了研究通过电流体动力学(EHD)打印在微热板上涂覆气敏材料过程中各参数对锥射流形成的影响,采用多物理场有限元仿真软件分析了锥射流形成过程。高速摄像机拍摄锥射流形成过程与仿真锥射流形成过程一致,验证了仿真分析的有效性。仿真结果表明:随着针头与衬底之间距离减小,锥射流形成时间单调减小;针头内径和接触角的增大都会使锥射流直径增大。根据仿真结果优化EHD打印参数,在微热板上打印花状气敏材料,不但保留了材料的微观纳米结构,而且形成了较为均匀的薄膜。