机械工程学报

作者：黄涛, 王家畴, 李昕欣

单位：1. 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 上海 200050;2. 中国科学院大学 北京 100049

关键词：热堆式气体流量传感器,单面硅微机械加工,p+Si/Au热电堆,气流流道；

基金：国家自然科学基金资助项目（62074151）。

流量测控在生物医疗、农业监测、汽车电子等方面具有举足轻重的作用。针对现有热堆式气体流量传感器普遍存在着器件尺寸大、灵敏度低、成本高等不足，基于（111）硅片的单面微机械加工工艺设计了一款p+ Si/Au热电堆式气体流量传感器。采用高塞贝克系数的p+ Si/Au材料制作热电偶，结合“鱼骨状”隔热薄膜和嵌入式隔热腔体结构，最大程度增大了器件的热阻，降低了热损耗，提升了器件的灵敏度。同时，热电偶冷端与单晶硅衬底之间采用高导热的复合金属相连，不仅增大了热电偶冷热端之间的温度差，而且简化了工艺的复杂度。得益于单面微机械加工工艺，传感器尺寸仅有0.65 mm×0.65 mm。在此基础上，基于气体流道封装以及信号处理电路，设计了集传感器芯片，气流流道以及处理电路于一体的气体流量检测模块。测试结果表明，在320倍电压放大及1.0 V的电压偏置下，该器件的归一化灵敏度约为5.4 mV/sccm/mW，响应时间为1.44 ms。

来源：2023年第2期

《机械工程学报》期刊编辑部

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