《基於CMOS工藝的複合真空感測器系統研究》是依託大連理工大學,由汪家奇擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於CMOS工藝的複合真空感測器系統研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：汪家奇
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
測量高真空的熱電離感測器必須搭配測量低真空的皮拉尼感測器，這需要兩款分立的真空感測器，因此增加了測試系統的成本和複雜度。本項目首次提出將皮拉尼感測器和熱電離感測器以及信號處理電路利用CMOS工藝在同一個矽片上實現，構成一個覆蓋熱電離感測器和皮拉尼感測器全範圍的全固態複合真空感測器系統，量程為1.E+5Pa~1.E-6Pa。核心器件包括皮拉尼感測器的鎢微熱板，熱電離感測器的鎢電子發射極和採樣、放大等電路。工藝方面，擬採用0.5微米CMOS工藝，重點研究Post-CMOS工藝，掌握犧牲層腐蝕、鎢電子發射極的暴露等關鍵工藝。理論方面，深化皮拉尼感測器中的微小尺度氣體導熱理論和熱電離感測器的電熱場及電磁場的分析方法。該感測器系統具有體積小、重量輕、實現兩款感測器的無縫銜接等優點，除常規真空測量外，還可用到以微電子封裝為代表的微小體積的真空測量和以深空探測為代表的對真空感測器重量要求苛刻的領域。
結題摘要
為了使微型真空感測器能夠覆蓋粗真空和高真空的測量，本項目提出利用標準CMOS工藝在同一個矽片上加工皮拉尼真空感測器和熱電離真空感測器。在理論方面，發展了氣體導熱的微尺度效應，利用分子動力學方法計算了氣體熱導率與導熱尺度的關係，氣體熱導率隨導熱尺寸減小而減小。這與其他理論和實驗結果是一致的，能夠套用到皮拉尼感測器的設計之中。利用COMSOL多物理場耦合軟體仿真了皮拉尼感測器和熱電離感測器的電熱耦合過程以及電子運行軌跡，指導器件的設計。經過多次0.5微米標準CMOS工藝的流片，已成功將皮拉尼真空感測器與熱電離真空感測器在同一個晶片上完成，突破了工藝上的限制。皮拉尼真空感測器採用較成熟的微熱板結構，熱電離真空感測器的結構從鎢加熱絲髮展到鎢的彈簧結構，逐步提高了結構的穩定性及成品率。除了以鎢加熱電阻作為熱電離真空感測器的發射極，也探索了利用CMOS工藝加工場發射電離真空感測器的可能性。採用以運算放大器為核心的恆電流電路分別為皮拉尼真空感測器和熱電離真空感測器提供電流。初步測試結果顯示，皮拉尼真空感測器能夠滿足10E-1~10E5 Pa的測量，熱電離真空感測器回響區間為0.05~0.5 Pa，進一步的測試正在進行中。
