CMOS兼容微熱板式氣體傳感器的研制.pdf

1、微熱板具有尺寸小、低功耗、響應(yīng)速度快以及易集成等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于真空傳感器、微量熱計、微氣體傳感器等微型器件中，因此微熱板式氣體傳感器成為微型器件的一個重要研究方向。本文主要從制造工藝設(shè)計、器件制作和性能測試等方面對CMOS兼容微熱板式氣體傳感器進(jìn)行了詳細(xì)的研究。
　　首先，從可加工性角度出發(fā)，設(shè)計了CMOS兼容微熱板式氣體傳感器的基本結(jié)構(gòu)和工藝流程?？紤]到CMOS工藝的兼容性以及氣體傳感器的穩(wěn)定性，選擇CMOS工藝中連接第一層

2、金屬和第二層金屬的過孔材料鎢作為微熱板的加熱電阻和測溫電阻。另外，考慮到長期高溫下鋁表面易被氧化的問題，在鋁電極上制作貴金屬電極;考慮到微熱板絕熱性設(shè)計以及氣敏薄膜的制備工藝特點(diǎn)，微熱板的釋放懸空工藝采用正面體硅微加工技術(shù)。根據(jù)本實(shí)驗室工藝條件設(shè)計了兩套可行的Post-CMOS加工工藝方案。
　　其次，基于上述設(shè)計方案流片實(shí)現(xiàn)了該CMOS兼容微熱板式氣體傳感器的加工，并重點(diǎn)研究和優(yōu)化了后加工工藝。器件的加工可分為CMOS加工和Po

3、st-CMOS加工。通過芯片代工廠的加工實(shí)現(xiàn)了鎢微熱板及鋁氣敏電極的初步制作。隨后，通過橋體懸空工藝、貴金屬氣敏電極制作以及氣敏薄膜的滴涂制備完成了器件的加工。分析并討論了兩種不同后加工工藝方案存在的問題，并給出了優(yōu)化后的整體加工工藝方案，提高了后加工效率和成品率。這為實(shí)現(xiàn)氣體傳感器與電路的單片集成奠定了基礎(chǔ)。
　　最后，對制作的CMOS兼容微熱板式氣體傳感器的進(jìn)行性能測試，包括鎢加熱/測溫電阻的性能測試、熱特性以及氣敏測試。測量

4、結(jié)果表明，鎢電阻的加工工藝一致性良好，阻值分布在210Ω～230Ω之間，同時鎢具有較大的溫阻系數(shù)(1.9‰/℃)，適合作為加熱電阻和測溫電阻。該鎢電阻具有良好的熱穩(wěn)定性，當(dāng)工作在300℃時，連續(xù)通電336h，鎢電阻變化小于0.3％。該氣體傳感器具有低功耗和快速熱響應(yīng)的特點(diǎn)，當(dāng)工作在300℃時，功耗僅為19mW，而且僅需8ms就可以將微熱板加熱到300℃。濺射淀積氣敏薄膜后，該氣體傳感器對50ppm的乙醇有良好的響應(yīng)。以上測試結(jié)果完全滿足