Разработка интегральных термосенсоров на основе монокристаллической кремниевой фольги и исследование их характеристик
Диссертация
В работе вскрыты новые резервы, содержащиеся в преобразовании тепла в электрический сигнал, что позволяет использовать терморезистор как универсальный прибор для измерения и регулирования не только температуры, но и скорости, направления, давления, расхода газов, анализа их смесей, положения и перемещения предметов, а также в качестве нагревателя — носителя катализатора и эффективного смесителя… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. Аналитический обзор литературы
- 1. 1. Виды и классификация сенсоров, основанных на термических явлениях
- 1. 1. 1. Измерение температуры
- 1. 1. 2. Термоанемометры
- 1. 1. 3. Термовакууметры
- 1. 1. 4. Катарометры
- 1. 1. 5. Каталитические анализаторы — пеллисторы
- 1. 1. 6. Газочувствительные резисторы и газоанализаторы на твердых электролитах
- 1. 2. Свойства кремния как основного материала интегральных сенсоров
- 1. 2. 1. р — Т характеристика
- 1. 2. 2. Критическая температура
- 1. 2. 3. Пьезосопротивление
- 1. 3. Технология кремниевых сенсоров
- 1. 3. 1. Проблема балластного кремния
- 1. 3. 2. Мембранная технология
- 1. 3. 3. Технология ультратонких пластин
- 1. 3. 4. Изоляция внутрикристальным оксидом
- 1. 1. Виды и классификация сенсоров, основанных на термических явлениях
- 2. 1. Основная функция преобразования
- 2. 2. Чувствительность изотермического терморезистора
- 2. 3. Кельвин-вольт-амперная характеристика перегревного терморезистора
- 2. 4. Динамические характеристики терморезисторов
- 2. 5. Новая измерительная система
- 3. 1. Базовая структура КСДИ
- 3. 2. Химическое резание по жертвенной пленке 8Ю
- 3. 3. Новый метод формирования балочных выводов
- 3. 4. Корпусирование
- 3. 4. 1. Бескорпусная защита
- 3. 4. 2. Окукливание
- 3. 4. 3. Монтаж в металло-керамические корпуса
- 4. 1. Изотермические терморезисторы
- 4. 1. 1. Варианты конструкций
- 4. 1. 2. Методки измерения параметров
- 4. 1. 2. 1. Измерение толщины монослоя в КСДИ
- 4. 1. 2. 2. Измерение номинала и температурного коэффициента сопротивления
- 4. 1. 2. 3. Термостарение
- 4. 1. 2. 4. Термоциклирование
- 4. 1. 3. Результаты метрологических испытаний
- 4. 1. 3. 1. Номинальное сопротивление
- 4. 1. 3. 2. Переходное сопротивление
- 4. 1. 3. 3. р-Т характеристика
- 5. 1. Измерение температуры микрообектов и рассеиваемой ими мощности
- 5. 2. Косвенные подтверждения наличия эффекта в работах других авторов
- 5. 3. Физическая модель эффекта
- 5. 4. Различные проявления эффекта гигантского тепло- и массопереноса и его применения
- 5. 4. 1. Различия в динамике газов и жидкостей
- 5. 4. 2. Аналогия теплопередачи и массопереноса
- 5. 4. 3. Импульсный режим работы
- 5. 4. 4. Приборы нового типа
- 5. 4. 4. 1. Датчики положения и перемещения
- 5. 4. 4. 2. Уровнемер на основе перегревного терморезистора
- 5. 4. 4. 3. Насадка для катализаторов высокой интенсивности
Список литературы
- Резисторы. Справочник, под ред. И. И. Четверткова.- М.: Радио и связь, 1991.
- Зайцев Ю.В. Полупроводниковые термоэлектрические преобразователи.- М.: Радио и связь. 1989, с. 15−23.
- Ж. Аш. Датчики измерительных систем.- М.: Мир, 1993, т.2, с.284−286.
- С. Зи. Физика полупроводниковых приборов.- М.: Мир, 1984, т.1, с. 33−36.
- Loisch J. Детектирование нижнего уровня масла с помощью термисторов. М.: сборник ВИНИТИ, сер. контрольно-измерительная техника, 1991, с. 10−14.
- P.Lai, B. Liu, X. Zheng, B. Li, S. Zhang, Z. Wu, Monolithic integrated spreading resistance silicon flow sensor. Sensors and Actuator. A58 1997 pp.85−88.
- Middelhoek S., Bellekem A. et al. Silicon sensors. Meas. Sci. Tehnol, 1995, v6, pp. 1641−1658.
- Sclar N., Pollock D. В. On diode thermometers. Solid State Electronics, 1972, vl5, p. 473.
- Ahlers H., Schmidt W. Чувствительные элементы измерительных преобразователей температуры и влажности. М.: сборник ВИНИТИ, сер. контрольно-измерительная техника, 1991, с 6−7.
- O.Herold H. Современные интеллектуальные измерительные преобразователи. М.: сборник ВИНИТИ, сер. контрольно-измерительная техника, 1990, с 1−8.
- Herwaarden A.W., Vanduyn A.S. et al. Integrated thermopile sensor. Sensors and Actuators. 1989, v.21, pp.621−630.
- Kohler J. M., M. Zieren. Micro flow calorimeter for thermoelectrical detection of heat of reaction in small volumes. Fresenius' Journal of Analytical Chemistry, 1997, v 358, № 6, pp. 683−686.
- Baeri P., Campisano S.U. et al. Time resolved temperature measurement of pulsed laser irradiated germanium by thin film thermocouple. Appl. Phys. Lett, 1984, № 45, pp.398−400.
- Volklein F., Wiegant A., Baier V. High-sensitivity radiation thermopiles made of Bi-Sb-Te films. Sensors and Actuators. 1991, v. 29, pp. 87−91.
- Toda K., Maedo Y. et al. Characteristics of a thermal mass-flow sensor in vacuum system. Sensors and Actuators. 1998, v.69, pp. 62−67.
- Moseley P.T. Solid state gas sensor. Meas.Sei.Technol. 1997, v.8, № 3, pp.223−237.
- J.G.Whitney Micro electronic element and method of making same. Pat. USA, № 967 803.
- Д. Лаймен. Новое поколение «разумных» датчиков. М.: Электроника, № 9, 1987, с 6−12.
- Р.Т. Moseley. Solid state gas sensors. Meas. Sei. Technol., 1997, v.8, № 3, pp. 223−237.
- В.Р.Реньян. Технология полупроводниковых материалов.- М.: Радио и связь. 1969, с. 223−227.
- J.M. Dorkel, P. Leturgo. Carrier mobilites in silicon. Solid State Electronics, v.25,№ 9,1981, pp. 821−825.
- H.Reichert. Thermoresistoren- preiverte Prazision Electronics, 1989, v.38,№ 16, pp. 42−46.
- Horacle E. Linearization of the temperature dependence of the Si resistivety for its use as a thermometer. IEEE, New Orlean, 1990, pp. 132−137.
- Ж. Аш. Датчики измерительных систем.- M.: Мир, 1993, т.2, с. 437−439.
- Тузовский К.А., Андреев В. М., Зиновьев Д. В., Сорокин И. Н. Новые направления технологической интеграции. Сборник научных трудов под ред. И. Н. Сорокина. Технологические процессы и материалы компонентов электронных устройств, Москва 1996, с.5−9.
- N.Miki, H.Kikuyama. Design, fabrication, sensing, and control of an electrostatically-driven polysilicon microactuator. ШЕЕ Trans. Magn, 1996, v.32,№l, pp. 122−128.
- E.M.Kussul, D.A. Rachovskij et al. Micromechamcal engineering of mechanical microdevices using microequipment. J. Micromech and Microeng, 1996, v.6, № 4, pp.410−425.
- Тимошенков С.П. Сопротивление материалов. -M.: Наука, 1965, т.1, с 123−127.
- Моро Уэйн. Микролитография, принципы, методы, материалы. М: Мир, 1990, т. 1, с. 134−149.
- B.W. Oudheucden, A.W. Herwaarden. High-sensivity 2-D flow sensor with an etched thermal isolation structure. Sensor and actuator A, v.23, 1990, pp.425−430.
- Структуры кремниевые с диэлектрической изоляцией элементов. ТУ 48−4-355−82, 1982.
- C.Harendt, C.E.Hunt et al. Silicon on insulator material by wafer bonding. J. Electr. Mater., 1991, v.20,№ 3, pp.267−277.
- Петрова В.З. Использование многокомпонентных стекловидных диэлектрических пленок в технологии КСДИ. Межвузовская научно-техническая конференция «Микроэлектроника и информатика», под ред. РыгалинаБ.Н. -М: 1995, с. 26.
- Шабаль О.В. Спаивание кремниевых пластин через слой легкоплавкого стекловидного диэлектрика в технологии микросенсоров. Межвузовская научно-техническая конференция «Микроэлектроника и информатика», под ред. Рыгалина Б. Н. М.: 1995, с. 42.
- В.Р.Реньян. Технология полупроводниковых материалов.- М.: Радио и связь. 1969, с. 244−257.
- Тузовский К.А., Зиновьев Д. В. Физические основы кремниевой термометрии. Сборник научных трудов под ред. И. Н. Сорокина.
- Павленко Е.Ю., Аношин В. В., Зиновьев Д. В. Температурно-вольт-амперная характеристика кремниевых монокристаллических терморезисторов. Межвузовская конференция «Микроэлектроника и информатика-98», Москва 1998, стр. 139.
- H.M.Hashemian, К.М. Petersen at al. In situ response time testing of thermocouples. ISA Transactions, 1990, v, 29,№ 4, pp.97−104.
- M.J.Downs, D.H.Ferriss, R.E.Ward. Improving the accurasy of the temperature measurement of gases by correction for the response delays in the thermal sensors. Meas. Sci. Technol., 1990, №.1, pp.717−719.
- Andreev V.M., Zinoviev D.V., Zotov V.V. Thermometric sensors based on SOI. NATO Advanced Research Workshop. Perspectives, Science and Technologies for novel Silicon on Insulator Devices. 12−15 October 1998, Kyev, poster report № 15, p. 10.
- Ch-M Ho. Review: MEMS and its applications for flow control. J. of Fluids Eng. 1996, vll8,№ 9, pp.437−447.
- Лыков JI.A. Тепломассообмен. Справочник. 1978, с 321.
- Тузовский К.А., Андреев В. М. и др. Тонкопленочный МОП-конденсатор. Патент РФ № 1 773 205, 1993.
- Тузовский К.А., Андреев В. М. и др. Коммутационная плата. Патент РФ № 1 771 532,1993.
- Тузовский К.А. Высокоомный поликремний как основа универсальных приборных матриц. Сборник научных трудов под ред. И. Н. Сорокина. Технологические процессы и материалы компонентов электронных устройств, Москва 1996, стр. 171−176.
- Тузовский К.А., Андреев В. М. и др. Новый метод диэлектрической изоляции пассивных и активных компонентов. Электронная промышленность, 1991,№ 7, с. 47−50.
- Андреев В.М., Тузовский К. А., Зиновьев Д. В. Научно-технический отчет по теме «Электронный термометр». 1995.
- Тузовский К.А., Зиновьев Д. В. Нетрадиционные применения интегральной технологии, Тезисы докладов, Вторая Всероссийская научно-технические конференция с международным участием «Электроника и информатика-97», Москва 1997, с. 40−41.
- Y.Tai, R.S.Miller. Frictional study of IC-processed micromotors. Sensors and Actuators A.1989,v.21, pp. 180−183.
- A.Fujimoto, M. Sakata et al. Miniature electrostatic motor. Sensors and Actuators A.1990,v.24, pp.43−46.
- S.Kumar, D.Cho. A proposal for electrically levitating micromotors. Sensors and Actuators A.1990,v.24, pp.141−149.
- Тузовский K.A., Павленко Е. Ю., Зиновьев Д. В. Монокристаллическая кремниевая фольга и её применения. Электронная техника. Серия 3 Микроэлектроника, № 1, 1997, с. 11.
- J.H.Lee, W.I.Jang et al. Characterization of anhydrous HF gas-phase etching with CH3OH for sacrificial oxide removal. Sensors and Actuators. 1998, v.64, pp.27−32.
- Коледов JI. А. Микроэлектроника. -M.: Высшая школа, 1987, е.35−37.
- Зиновьев Д.В., Тузовский К. А., Андреев В. М. Полупроводниковая кремниевая структура. Решение о выдаче патента по заявке № 96 104 129/25 (6 755) от 29.04.97.
- Зиновьев Д.В. Приборные структуры на фольговом кремнии. Тезисы докладов, Межвузовская конференция «Микроэлектроника и информатика-96», под ред. В. Ю. Пустовита, МИЭТ, 1996, стр. 108.
- Андреев В.М., Тузовский К. А., Зиновьев Д. В. Научно-технический отчет по гранту «Монокристаллическая кремниевая проволока для изделий микроэлектроники». 1993.
- Андреев В.М., Зиновьев Д. В., Тузовский К. А. Микронагреватель. Заявка на получение патента РФ № 98 117 001 от 14.09.98.
- Зиновьев Д.В. Монокристаллический кремниевый микронагреватель. Межвузовская конференция «Микроэлектроника и информатика-97», Москва, 1997, с. 77.
- Сивухин Д.В. Общий курс физики. Термодинамика и молекуляярная физика. М.: Наука, 1979, с. 182−184.
- V.Voronin, I.Maryamova. Silicon whiskers for mechanical sensors. Sensors and Actuators. 1992, v.30, pp.27−33.
- F.Sanchez, J.L.Morenza at al. Whiskerlike structure growth on silicon exposed to ArF eximer laser irradiation, Appl. Phys Lett., 1996, v.69, № 5, pp.620−622.
- Тузовский К.А., Андреев B.M., Павленко Е. Ю., Зиновьев Д. В., Этингин P.M. Пьезорезистивный чувствительный элемент. Заявка на получение патента РФ № 98 117 000 от 14.09.98.
- Зиновьев Д.В. Микроманипулятор на основе м/к кремниевой фольге. Межвузовская конференция «Микроэлектроника и информатика-98», Москва, 1998, с. 111.73,Тузовский К. А., Андреев В. М. и др. Коммутационная плата. Патент РФ № 171 532, 1993.
- S.K.Tewksbury, L.A.Hornak et al. Co-integration of optoelectronics and submicrometr CMOS. IEEE Transctions Components, Hybrids, Manufacturing Technol. 1993, v.16, № 7, pp.674−685.
- Т.Себиси. Конвективный теплообмен. -M.: Мир, 1987, с.28−37.
- Бочкарев ЭЛ., Андреев В. М., Тузовский К. А., Зиновьев Д. В., Павленко Е. Ю. Эффект гигантской теплоотдачи телами субмиллиметровых размеров. ДАН, т.366, № 2,1999.
- Абрамович Г. Н., Прикладная газовая динамика. -М.: Наука, 1976, с.37−51.
- E.H.Haasen, G.T.A.Kovacs. Integrated thermal condactivity vacuum sensor. Sensors and Actuators. 1997, v.58, № 1, pp.37−42.
- J.W.Suh, S.F.Glander et al. Organic thermal and electrostatic ciliary microactuator. Sensors and Actuators. 1997, v.63, № 1, pp.51−60.
- C.Rossi, E. Scseid, D.Esteve. Theoretical and experimental stady of silicon micromashined microheater. Sensors and Actuators. 1997, v.63, № 1, pp. 183−189.
- E.Obermeier. Basic modules for chemical sensor. Technical University of Berlin. Microsensor and Actuator Technology Center. 1998.
- Дульнев Г. Н., Новиков А. П. Процессы переноса в неоднородных средах. М.: Высшая школа, 1991, с. 95−113.
- Адамсон А. Физическая химия поверхностей, пер. с анг. М.: Наука, 1979, с 127−136.
- Акопян А.А. Химическая термодинамика. М: Высшая школа, 1963, с. 513−517.
- V.M.Andreev, D.V.Zinoviev, V.V.Zotov. The giant convective heat transfer of the submillimeters sizes bodies. SEMI Exicutive mission and exhibit, 1999, pp.34−35.
- Дульнев Г. Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. -М.: Высшая школа, 1991, с. 41−45.
- Утверждаю щектор ЗАО НИИМВ1. Ю. А. Козлов1999 г. 1. АКТиспользования результатов диссертационной работы Зиновьева Д.В.
- Представители МГИЭТ Представитель1. НИИМВ1. В.В.Зотов1. Утверждаю
- Утверждаю директор НПП «Дана~Терм:1. Й. А. Соколов 1999 г. 1. АКТиспользования результатов диссертационной работы Зиновьева Д.В.
- Представители МГИЭТ Представитель