MEMS红外气体传感器技术研究

摘要

气体传感器在大气环境污染监测、易燃易爆气体检测、毒害气体检测、疾病诊断以及军事武器等领域都有广阔的应用前景。由于传统的气体传感器存在体积大,功耗大,试用寿命短等不利因素,因此研制易于集成和批量生产、体积小、功耗低、寿命长的新型气体传感器,具有现实意义。
　　本文着重研究一种基于MEMS技术的可实现微型化、批量生产、高集成度的红外气体传感器结构,并探索其实现的工艺制作流程。为后期对MEMS红外气体传感器的性能优化以及工艺改进,提供了理论和实验上的基础。本论文主要内容包括:
　　(1)利用有限元仿真分析软件COMSOLMultiphysics对MEMS红外气体传感器的两个核心部分,发射单元和探测单元分别作了仿真分析。对发射单元进行了焦耳热与热膨胀的仿真,通过软件参数化扫描优化了膜系结构参数。对探测单元进行了射频电磁波的仿真,仿真分析单元对红外光吸收率的规律。
　　(2)就本器件的设计结构,根据现有的工艺试验条件,设计了一套红外气体传感器芯片的制作工艺流程。并对其中的关键工艺如氮化硅刻蚀和硅深刻蚀工艺进行了详细的工艺试验和参数优化。
　　(3)根据设计工艺流程,解决了悬浮微桥结构的制作的难题,制作出了一批MEMS红外气体传感器的样品。对制作出的MEMS红外气体传感器样品进行了一些性能测试,并根据目前的样品测试结果提出了一些改进建议。

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1 绪论

1.1 MEMS技术介绍

1.2 MEMS红外气体传感器介绍

1.3 本课题研究意义及主要研究内容

2 红外气体传感器的软件仿真

2.1 COMSOL Multiphysics介绍

2.2 发射单元的热电力学耦合仿真

2.3 探测单元的电磁波仿真

2.4 本章小结

3 MEMS制作关键工艺研究

3.1 工艺流程中的关键工艺

3.2 氮化硅刻蚀工艺研究

3.3 硅深刻蚀工艺研究

3.4 本章小结

4 MEMS红外气体传感器制作

4.1 制作工艺流程图示

4.2 工艺流程详细说明

4.3 本章小结

5 测试结果

5.1 红外发射单元测试

5.2 红外探测单元测试

5.3 改进措施

5.4 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献