CN2767978Y - 纳米尺度的微型温度传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种纳米尺度的微型温度传感器，涉及传感器领域中的一种测量温度的传感器器件。它由硅腔体、下层氮化硅膜层、上层氮化硅膜层、粘附层、温敏电阻层、导电层、悬臂梁、二氧化硅膜层构成。它采用微机械加工工艺制作温敏电阻层作为测量温度的敏感元件，周围环境温度的变化引起其阻值的变化，达到测量温度，作为传感器的目的。本实用新型还具有体积极小、温度测量范围极宽、结构简单、重量轻、热容量小、响应速度快、线性度好、功耗低、可靠性高、一致性好、成本低等特点。特别适用于微流体传感器等要求体积较小的场合作为精确温度测量及IC芯片、传感器芯片等嵌入式在片温度测量的传感器装置。

Description

纳米尺度的微型温度传感器

技术领域

本实用新型涉及传感器领域中的一种纳米尺度的微型温度传感器，特别适用于微流体传感器等要求体积较小的场合作为精确温度测量及IC芯片、传感器芯片等嵌入式在片温度测量的传感器装置。

背景技术

温度传感器被广泛的应用于个人计算机、移动电话、汽车、医用设备、游戏控制台、微流体传感器等设备中。随着IC集成度的提高和笔记本电脑、移动终端、PDA等便携式设备的普及，功耗散热问题变得越来越突出。只有对芯片的工作温度进行精确的控制，才能保证设备稳定工作。微流体传感器中也需要体积很小的温度传感器来敏感气流的温度。传统的温度传感器由于体积大、功耗高、线性度不好等不足，从而制约了其进一步发展和应用。

纳电子机械系统又称NEMS，是在微电子系统(MEMS)基础上发展起来的、特征尺寸在0.1-100纳米范围内的一种新兴技术。纳米技术的主要应用领域有：光通信、微波通信、医学、家电等，因此采用纳米技术制作温度传感器，来进一步提高电子产品的性能已成为关键技术。

发明内容

本实用新型的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种采用微机械加工工艺制作成体积极小、温度测量范围极宽的纳米尺度的微型温度传感器，并且本实用新型还具有结构简单、重量轻、热容量小、响应速度快、测量精度高、线性度好、功耗低、可靠性高、一致性好、成本低等特点。

本实用新型的目的是这样实现的：

它包括硅腔体1、下层氮化硅膜层2、上层氮化硅膜层3、粘附层4、温敏电阻层5、导电层6、悬臂梁7、二氧化硅膜层8，其中在硅腔体1下面淀积加工一层下层氮化硅膜层2结构，硅腔体1上面淀积加工一层二氧化硅膜层8结构，二氧化硅膜层8上淀积加工一层上层氮化硅膜层3结构，上层氮化硅膜层3下面的二氧化硅膜层8、硅腔体1腐蚀掏空成空腔体结构，硅腔体1腔体上的上层氮化硅膜层3腐蚀加工成悬空结构的悬臂梁7结构，悬臂梁7上溅射加工一层粘附层4结构，粘附层4上溅射加工一层温敏电阻层5结构，温敏电阻层5结构两端分别溅射加工一层导电层6结构。

本实用新型下层氮化硅膜层2的厚度尺寸为300纳米至3000纳米；上层氮化硅膜层3的厚度尺寸为300纳米至3000纳米；粘附层4的厚度尺寸为5纳米至500纳米；温敏电阻层5的厚度尺寸为5纳米至500纳米；导电层6的厚度尺寸为5纳米至3000纳米。

本实用新型上层氮化硅膜层3可采用氮化硅、或浓硼硅、二氧化硅制作；粘附层4可采用铬、或钛、镍铬合金制作；温敏电阻层5可采用铂、或钨、镍铬合金、铂铑合金制作；导电层6可采用金、或铜、铝制作。

本实用新型相比背景技术具有如下优点：

1、本实用新型采用微电子加工工艺制作成多层薄膜结构的温度测量传感器，因此体积可以制作的极小；采用温敏电阻层5作为测温敏感元件，具有温度测量精度高、线性度好、一致性好、性能稳定可靠、温度测量范围宽(可达-78℃至600℃)的优点。

2、本实用新型采用硅腔体1腔体结构和悬臂梁7结构，将整体结构悬空，使传感器降低热容量、温度响应快、功耗低。

3、本实用新型采用微机械工艺加工制作，使器件具有结构简单、重量轻、加工成品率高、成本低、便于批量生产等优点。

附图说明

图1是本实用新型的主视结构示意图。

图2是本实用新型的三维结构示意图。

具体实施方式

参照图1、图2，本实用新型由硅腔体1、下层氮化硅膜层2、上层氮化硅膜层3、粘附层4、温敏电阻层5、导电层6、悬臂梁7、二氧化硅膜层8构成。本实用新型采用硅基底材料作为硅腔体1制作材料，实施例硅腔体1采用单晶硅圆片制作。在硅腔体1下面采用通用的化学气相淀积设备的低压化学气相淀积工艺或等离子增强化学气相淀积工艺淀积一层下层氮化硅膜层2作为腐蚀硅的掩蔽层，下层氮化硅膜层2的淀积厚度为300纳米至3000纳米，实施例下层氮化硅膜层2的加工厚度为500纳米。

本实用新型在硅腔体1上面采用通用的化学气相淀积设备的低压化学气相淀积工艺或等离子增强化学气相淀积工艺淀积一层二氧化硅膜层8，作为腐蚀硅的牺牲层。

本实用新型在二氧化硅膜层8上采用通用的化学气相淀积设备的低压化学气相淀积工艺或等离子增强化学气相淀积工艺淀积上层氮化硅膜层3，作为腐蚀硅的掩蔽层；上层氮化硅膜层3可采用氮化硅、或浓硼硅、二氧化硅制作，淀积厚度为300纳米至3000纳米，实施例上层氮化硅膜层3的加工厚度为500纳米，采用氮化硅材料制作。

本实用新型采用二氧化硅腐蚀工艺将上层氮化硅膜层3下面的二氧化硅8腐蚀掏空。

本实用新型采用EPW湿法腐蚀工艺将上层氮化硅膜层3下面的硅腔体1腐蚀掏空成空腔体结构，实施例腐蚀掏空深度200微米。

本实用新型在硅腔体1腔体上的上层氮化硅膜层3采用等离子体刻蚀工艺刻蚀成悬空结构的悬臂梁7结构，作为温敏电阻层5的支撑结构件。其作用是使温度传感器的热容量较小、在接受等量的热量时，传感器的温度变化范围大、温度响应速度更快。

本实用新型采用磁控溅射工艺在悬臂梁7上溅射一层粘附层4，其作用是用来连接悬臂梁7和温敏电阻层5，粘附层4的厚度尺寸为5纳米至500纳米，材料可采用铬、或钛、镍铬合金制作。实施例制作粘附层4的加工厚度为10纳米，采用铬材料制作。

本实用新型采用磁控溅射工艺在粘附层4溅射一层温敏电阻层5，作为温度敏感元件，其原理是周围环境温度的变化引起阻值的变化，从而可以测量温度的变化。温敏电阻层5的厚度尺寸为5纳米至500纳米，根据温敏电阻层5的不同厚度可以制作成不同规格的温度传感器。材料可以采用铂、或钨、镍铬合金、铂铑合金制作。实施例制作温敏电阻层5的厚度为10纳米，采用铂材料制作，铂材料的温度测量范围可制作达到-78℃至600℃，温度测量范围极宽。

本实用新型采用磁控溅射工艺在温敏电阻层5结构两端分别加工溅射一层导电层6电极结构，其作用为降低引线电阻和限定温敏电阻层5感受温度变化的区域。导电层6的厚度尺寸为5纳米至3000纳米，可以采用金、或铜、铝制作。实施例导电层6的溅射尺寸为10纳米，采用金材料制作。使用时整个传感器封装后由导电层6作为外电路的接线电极，也可直接集成在使用传感器的电路中。

本实用新型的简要工作原理如下：导电层6两端接入被测电路中，由于温敏电阻层5周围温度的变化，引起温敏电阻层5阻值的变化，从而根据阻值变化的大小可以直接转换测出温度变化的大小，达到测量温度、作为传感器的目的。特别适用于微流体传感器等要求体积较小的场合作为精确温度测量及IC芯片、传感器芯片等嵌入式在片温度测量的传感器装置。

Claims (3)

1、一种纳米尺度的微型温度传感器，它包括硅腔体(1)，其特征在于：它还包括下层氮化硅膜层(2)、上层氮化硅膜层(3)、粘附层(4)、温敏电阻层(5)、导电层(6)、悬臂梁(7)、二氧化硅膜层(8)，其中在硅腔体(1)下面淀积加工一层下层氮化硅膜层(2)结构，硅腔体(1)上面淀积加工一层二氧化硅膜层(8)结构，二氧化硅膜层(8)上淀积加工一层上层氮化硅膜层(3)结构，上层氮化硅膜层(3)下面的二氧化硅膜层(8)、硅腔体(1)腐蚀掏空成空腔体结构，硅腔体(1)腔体上的上层氮化硅膜层(3)腐蚀加工成悬空结构的悬臂梁(7)结构，悬臂梁(7)上溅射加工一层粘附层(4)结构，粘附层(4)上溅射加工一层温敏电阻层(5)结构，温敏电阻层(5)结构两端分别溅射加工一层导电层(6)电极结构。

2、根据权利要求1所述的纳米尺度的微型温度传感器，其特征在于：下层氮化硅膜层(2)的厚度尺寸为300内米至3000内米；上层氮化硅膜层(3)的厚度尺寸为300纳米至3000纳米；粘附层(4)的厚度尺寸为5纳米至500纳米；温敏电阻层(5)的厚度尺寸为5纳米至500纳米；导电层(6)的厚度尺寸为5纳米至3000纳米。

3、根据权利要求书1或2所述的纳米尺度的微型温度传感器，其特征在于：上层氮化硅膜层(3)可采用氮化硅、或浓硼硅、二氧化硅制作；粘附层(4)可采用铬、或钛、镍铬合金制作；温敏电阻层(5)可采用铂、或钨、镍铬合金、铂铑合金制作；导电层(6)可采用金、或铜、铝制作。

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