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基于MEMS技术的微加热板的设计与制作

作　者: 易仙
导　师: 赖建军
学　校: 华中科技大学
专　业: 物理电子学
关键词: 微机电系统微热板剥离干法刻蚀湿法腐蚀
分类号: TK172
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

基于微机电系统(Micro-electro-Mechanical Systems:MEMS)技术的微加热器在气体传感器、红外发射器、气体流量计、微热量计、红外光源等领域有较大的发展潜力。微加热器具有加热功率低,响应时间快、热量损耗小、与CMOS工艺兼容、易于同其它微电子器件集成等优点。悬浮式微加热板能有效降低热导、减少热损耗,提高微加热器的工作温度,成为微加热器的主导形式。本文采用绝缘体上硅(SOI)基片来进行悬浮式微加热板的设计和制作,开展微加热板(简称微热板)的理论分析和实验研究,内容主要包括:(1)总结了微热板的工作原理、结构类型及传统加工工艺,同时简单分析了微热板的热学、力学理论。基于理论分析对微热板进行了结构设计与尺寸优化;基于实验室的设备及工艺条件,选取合适的材料,提出了一套工艺制作流程,绘制了全套掩模板。(2)采用COMSOL多物理场耦合分析软件对所设计的微热板结构进行了热学与力学模拟,得到了温度分布、热应力分布、受热膨胀变形等结果,为器件设计提供了理论依据。(3)研究制作了悬浮式微热板,并对实验中关键的工艺参数进行了摸索,包括光刻、薄膜淀积、剥离、干法刻蚀与湿法腐蚀等工艺。剥离工艺对光刻与薄膜淀积工艺都有一定的要求;在采用RIE进行干法刻蚀前,镀了一层镍/镉薄膜作为保护层;在湿法腐蚀工艺中,运用专门制作的夹具来对基片正面结构进行保护,效果良好,最终完成了微热板的制作。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 MEMS 技术简介  9-11
  1.2 微结构气体传感器关键技术及研究现状  11-14
  1.3 本文的主要研究内容  14-15
2 微热板的理论分析与设计  15-32
  2.1 微热板的基本原理  15-20
  2.2 微热板的结构设计与材料选取  20-24
  2.3 微热板的尺寸设计  24-28
  2.4 微热板的工艺流程及掩模设计  28-31
  2.5 本章小结  31-32
3 微热板的有限元模拟  32-45
  3.1 数值模拟综述  32-35
  3.2 微热板的COMSOL 建模  35-39
  3.3 微热板的模拟结果分析  39-44
  3.4 本章小结  44-45
4 微热板的制作工艺  45-66
  4.1 微热板的制作工艺介绍  45-55
  4.2 微热板的制作工艺流程  55-65
  4.3 本章小结  65-66
5 总结与展望  66-68
致谢  68-69
参考文献  69-73
附录1 攻读学位期间发表论文目录  73

基于MEMS技术的微加热板的设计与制作

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