專利名稱：基于熱損失工作方式的矩形鉑金薄膜二維風(fēng)速風(fēng)向傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型提供了一種二維風(fēng)速風(fēng)向傳感器結(jié)構(gòu)，利用電阻抗斷層成像(EIT)測 量原理進行傳感計算，以矩形鉬金薄膜作為傳感薄膜。基于熱損失方式工作，以熱分布變化 所產(chǎn)生的鉬金薄膜電阻率分布的變化計算風(fēng)速大小和風(fēng)的方向。
背景技術(shù)：
風(fēng)速風(fēng)向傳感器是重要的傳感器之一，有著非常廣泛的用途。目前的大多數(shù)風(fēng)速 風(fēng)向傳感器采用集總參數(shù)的測量方法，例如，檢測熱敏電阻變化或平板電容變化的方法。無 法直接定量表示傳感結(jié)構(gòu)面上各點的風(fēng)速和風(fēng)向。鉬金是最常用的熱敏電阻材料，對于具有原始熱分布的鉬金薄膜，在薄膜面上的 空氣流動必然導(dǎo)致熱分布變化，進而引起鉬金薄膜電阻率分布的變化，通過檢測薄膜上各 點電阻率變化的大小和位置，可以計算得到風(fēng)速的大小和風(fēng)向。電阻抗斷層成像(EIT)技術(shù)采用電流激勵/電壓測量，并通過成像算法計算待檢 測材料的電阻率分布。利用EIT技術(shù)計算傳感薄膜材料電阻率分布變化，進而進行風(fēng)速風(fēng)向傳感計算的 傳感器結(jié)構(gòu)。利用整個傳感薄膜材料電阻率分布的變化對外界物理量進行傳感表征，可以 反映傳感薄膜材料面上任意點的電阻率參數(shù)的變化。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實用新型提的目的是出一種基于熱損失工作方式的矩形鉬金薄膜二 維風(fēng)速風(fēng)向傳感器，該傳感器利用EIT技術(shù)計算傳感薄膜材料電阻率分布變化，進而進行 風(fēng)速風(fēng)向傳感計算。以矩形的鉬金薄膜為傳感材料。技術(shù)方案本實用新型提的基于熱損失工作方式的矩形鉬金薄膜二維風(fēng)速風(fēng)向傳 感器的最下層是半導(dǎo)體硅襯底，在硅襯底上制作發(fā)熱電阻，在具有發(fā)熱電阻的硅襯底之上 是二氧化硅絕緣層，二氧化硅絕緣層之上采用矩形的鉬金薄膜作為傳感面，鉬金電極位于 矩形的鉬金薄膜外；由發(fā)熱電阻產(chǎn)生的熱量形成矩形的鉬金薄膜電阻率的初始分布，流動 的空氣移動了熱量并導(dǎo)致矩形的鉬金薄膜電阻率分布發(fā)生變化，利用熱分布變化引起鉬金 薄膜電阻率分布變化的原理測量風(fēng)速和風(fēng)向。所述的鉬金電極是用于電流激勵和用于電壓測量的鉬金電極，這些電極沿著矩形 的鉬金薄膜的一邊均勻分布。其傳感原理是在具有初始熱分布的矩形鉬金薄膜傳感面上的空氣流動導(dǎo)致熱分 布變化，進而引起電阻率分布的變化，通過檢測電阻率變化的大小和位置計算得到氣流的 大小和方向。具有傳感器結(jié)構(gòu)簡單、加工工藝簡單的特點。工作時，首先通過發(fā)熱電阻的兩個連接電極對襯底上的發(fā)熱電阻施加電流產(chǎn)生熱 量，使得矩形的鉬金薄膜形成初始熱場下的電阻率分布。當有空氣流過矩形的鉬金薄膜表 面時，因為熱量的流失將使熱場分布發(fā)生變化，并既而使矩形鉬金薄膜上各點的電阻率發(fā)
3生變化，產(chǎn)生電阻率分布的變化。根據(jù)各點電阻率的大小定量計算風(fēng)速大小和風(fēng)向。有益效果本實用新型的最大優(yōu)點在于傳感器結(jié)構(gòu)簡單，對加工工藝的靈敏度低。 因為采用電阻率分布變化來檢測風(fēng)速和風(fēng)向，因此，是對于變化的相對值進行檢測。不同于 傳統(tǒng)的基于特定點的參數(shù)采樣或者對集總參數(shù)采樣的傳感方式，它能夠真實地反映傳感面 上場的分布情況。本底電阻率分布可以作為基本參考，將實測分布與其進行相減，可以完全 濾除初始工藝誤差?；谒惴ǖ男畔⑻幚矸椒ǜ讓崿F(xiàn)智能化。

圖1是傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是A-A斷面圖。其中有，半導(dǎo)體硅襯底101，采用摻雜技術(shù)制作的發(fā)熱電阻102，熱生長制作的二 氧化硅層103，矩形的鉬金薄膜104，電流激勵和電壓檢測的金屬電極105，發(fā)熱電阻的連接 電極106，發(fā)熱電阻的連接電極引線孔107。
具體實施方案本實用新型提出的基于熱損失工作方式的矩形鉬金薄膜二維風(fēng)速風(fēng)向傳感器利 用薄膜各點熱損失不同引起熱分布變化，進而導(dǎo)致電阻率變化的原理測量風(fēng)速和風(fēng)向。其 結(jié)構(gòu)特征在于采用矩形的鉬金薄膜104作為傳感面。圖1給出了傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。傳感 器的最下層是半導(dǎo)體硅襯底101，在硅襯底101上制作發(fā)熱電阻102(圖中虛線繪制的折彎 型圖形)，在具有發(fā)熱電阻102的硅襯底101之上是二氧化硅絕緣層103，二氧化硅絕緣層 103之上是鉬金薄膜。鉬金薄膜圖形由兩部分組成，用于傳感的矩形鉬金薄膜104和16個 既可用于電流激勵也可用于電壓測量的測試電極105，鉬金薄膜的矩形部分104為主傳感 面，測試電極105沿著矩形的一條直邊均勻分布。本實用新型的傳感器有多種制作方法，這里以采用常規(guī)半導(dǎo)體器件工藝制作本發(fā) 明的傳感器進行說明。首先選擇N型半導(dǎo)體硅片101。熱生長300納米厚度的氧化層后通過光刻工藝形 成發(fā)熱電阻102圖形。采用離子注入或熱擴散方法在發(fā)熱電阻102圖形區(qū)域摻入P型雜質(zhì)， 濃度控制方塊電阻為200歐姆/ 口。去除所有氧化層以保證表面的平整性。再熱生長500 納米氧化層103。采用剝離工藝制作鉬金圖形，即首先在二氧化硅層103上旋涂光刻膠并光 刻出鉬金鉬膜圖形(包括矩形傳感膜、測試電極和發(fā)熱電阻連接電極)，采用濺射工藝在表 面沉積一層鉬金，最后去除光刻膠以及光刻膠上的鉬金，留下矩形鉬金傳感薄膜區(qū)104、16 個測試電極105和2個發(fā)熱電阻連接電極106。
權(quán)利要求1.一種基于熱損失工作方式的矩形鉬金薄膜二維風(fēng)速風(fēng)向傳感器，其特征在于該傳感 器的最下層是半導(dǎo)體硅襯底(101)，在硅襯底(101)上制作發(fā)熱電阻(102)，在具有發(fā)熱電 阻(10 的硅襯底(101)之上是二氧化硅絕緣層(103)，二氧化硅絕緣層(10 之上采用矩 形的鉬金薄膜(104)作為傳感面，鉬金電極(105)位于矩形的鉬金薄膜(104)夕卜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于熱損失工作方式的矩形鉬金薄膜二維風(fēng)速風(fēng)向傳感器， 其特征在于所述的鉬金電極(105)是用于電流激勵和用于電壓測量的鉬金電極，這些電極 沿著矩形的鉬金薄膜(104)的一邊均勻分布。
專利摘要基于熱損失工作方式的矩形鉑金薄膜二維風(fēng)速風(fēng)向傳感器的最下層是半導(dǎo)體硅襯底(101)，在硅襯底(101)上制作發(fā)熱電阻(102)，在具有發(fā)熱電阻(102)的硅襯底(101)之上是二氧化硅絕緣層(103)，二氧化硅絕緣層(103)之上采用矩形的鉑金薄膜(104)作為傳感面，鉑金電極(105)位于矩形的鉑金薄膜(104)外；由發(fā)熱電阻產(chǎn)生的熱量形成矩形的鉑金薄膜電阻率的初始分布，流動的空氣移動了熱量并導(dǎo)致矩形的鉑金薄膜電阻率分布發(fā)生變化，利用熱分布變化引起鉑金薄膜電阻率分布變化的原理測量風(fēng)速和風(fēng)向。
文檔編號G01P13/02GK201867422SQ201020554728
公開日2011年6月15日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者李偉華 申請人:東南大學(xué)