一种片上微型电离真空传感器及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种片上微型电离真空传感器及其制造方法，包括片上微型电子源、第一绝缘层、第一收集极、第二绝缘层和第二收集极；片上微型电子源朝向第一绝缘层的一侧具有电子发射结构；第一绝缘层具有第一通孔，第一通孔贯穿第一绝缘层；第一收集极具有第一网孔，第一网孔贯穿第一收集极；第二绝缘层具有第二通孔，第二通孔贯穿第二绝缘层；第二收集极具有第二网孔，第二网孔贯穿第二收集极；第一通孔、第一网孔、第二通孔以及第二网孔相互贯通。本发明专利技术采用片上微型电子源代替了常规的灯丝，由于该片上微型电离真空传感器通过微纳加工工艺和键合工艺制备而成，尺寸小，因此，可以扩大电离真空传感器测量真空度的上限，即可以应用在中低真空领域。在中低真空领域。在中低真空领域。

【技术实现步骤摘要】
一种片上微型电离真空传感器及其制造方法


[0001]本专利技术涉及真空度测量
，更具体地说，涉及一种片上微型电离真空传感器及其制造方法。

技术介绍

[0002]目前，真空度的测量装置主要为电离真空传感器、电容薄膜真空传感器、热电偶真空传感器、电阻真空传感器以及压缩式真空传感器等。
[0003]电离真空传感器是目前较为常用的真空传感器，其测量原理是：具有一定能量的电子与真空中的气体分子碰撞，使其电离成离子，然后由离子收集极收集离子，产生离子电流，由电子收集极收集电子，产生电子电流，在一定压强范围内，离子电流和电子电流的比值i与真空中的压强P存在一定的线性关系，这种线性关系可以推算出真空度。
[0004]传统电离真空传感器由真空规管和测量电路两部分组成，真空规管主要由电子源、加速极和收集板构成。电子源作为阴极，用于发射电子，通常由灯丝制备；加速极通过电势差加速电子，使之具有更高的能量与空气分子碰撞，从而发生电离；收集板用于收集空气分子电离的离子，通过测量离子电流，进而确定真空度。传统电离真空传感器主要应用在高真空领域，测量范围通常在10-1
Pa以下，这是因为传统电离真空传感器尺寸大，有利于电子做往返运动或螺旋运动，增大与气体分子的碰撞次数，进而测量高真空下的离子电流。
[0005]如果真空度比较低，空气压强在10-1
Pa以上，此时灯丝极易烧断，而且需要缩小真空规管的尺寸，在实际生产中，由于热膨胀，很难缩小真空规管的尺寸，所以传统电离真空传感器很少应用在中低真空领域。/>
技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种片上微型电离真空传感器及其制造方法，以提供一种可应用在中低真空领域的电离真空传感器。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]一种片上微型电离真空传感器，包括片上微型电子源、依次设置在所述片上微型电子源一侧的第一绝缘层、第一收集极、第二绝缘层和第二收集极；
[0009]所述片上微型电子源朝向所述第一绝缘层的一侧具有电子发射结构；
[0010]所述第一绝缘层具有第一通孔，所述第一通孔贯穿所述第一绝缘层；
[0011]所述第一收集极具有第一网孔，所述第一网孔贯穿所述第一收集极；
[0012]所述第二绝缘层具有第二通孔，所述第二通孔贯穿所述第二绝缘层；
[0013]所述第二收集极具有第二网孔，所述第二网孔贯穿所述第二收集极；
[0014]所述第一通孔、所述第一网孔、所述第二通孔以及所述第二网孔相互贯通，以使所述电子发射结构发射的电子通过所述第一通孔和所述第一网孔并进入所述第二通孔后，与通过所述第二网孔进入所述第二通孔的气体分子碰撞，使气体分子电离成离子；
[0015]所述第一收集极用于收集电子，并产生电子电流；
[0016]所述第二收集极用于收集离子，并产生离子电流，以便根据所述电子电流和所述离子电流求出所述片上微型电离真空传感器所处环境的真空度。
[0017]可选地，所述片上微型电子源包括片上微型热发射电子源和片上微型隧穿发射电子源。
[0018]可选地，所述片上微型热发射电子源包括衬底以及位于所述衬底上的至少一个电子发射结构；
[0019]所述电子发射结构包括第一电极、第二电极以及位于所述第一电极和所述第二电极之间的热电子发射体；
[0020]所述衬底具有至少一个沟槽，所述热电子发射体部分或全部悬空于所述沟槽之上。
[0021]可选地，所述热电子发射体部分悬空于所述沟槽之上；
[0022]所述第一电极位于所述沟槽的一侧，且与位于所述沟槽同一侧的热电子发射体连接；
[0023]所述第二电极位于所述沟槽相对的另一侧，且与位于所述沟槽同一侧的热电子发射体连接。
[0024]可选地，所述第一电极位于所述沟槽的一侧，所述第一电极的延伸部分延伸至所述沟槽的上方；
[0025]所述第二电极位于所述沟槽相对的另一侧，所述第二电极的延伸部分延伸至所述沟槽的上方，所述第二电极的延伸部分与所述第一电极的延伸部分交错排布；
[0026]所述热电子发射体位于所述第一电极和所述第二电极的延伸部分上且全部悬空于所述沟槽之上。
[0027]可选地，所述热电子发射体由以下材料的一种或多种制成：碳纳米管、石墨烯、六硼化镧、六硼化钐、钨、钼、铱、锇、氧化钇、氧化钡、氧化铝、氧化钪以及氧化钙。
[0028]可选地，所述片上微型隧穿发射电子源包括衬底以及位于所述衬底上的电子发射结构；
[0029]所述电子发射结构包括位于所述衬底表面的阻变材料层、至少一个第一电极和至少一个第二电极，所述第一电极和所述第二电极间隔设置，并且，所述第一电极和所述第二电极位于所述阻变材料层的表面。
[0030]可选地，所述阻变材料层具有至少一个通孔，并且所述第二电极通过所述通孔与所述衬底连接。
[0031]可选地，所述阻变材料层的材料选自下列材料中的一种或多种：氧化硅、氧化铝、氧化钽、氧化铪、氧化锆、氧化镁、氧化钇、氧化钪、氧化锗、氧化镧、氧化锶、氧化钙、氧化钡、氧化钛、钛酸锶、铝酸镧、氮化硅、氮化铝、碳化硅、金刚石和非晶碳。
[0032]可选地，所述第一和第二电极的材料选自下列材料中的一种或多种：金属、石墨烯和碳纳米管。
[0033]可选地，所述衬底选自下列材料中的一种或多种：硅、锗、氧化硅、氧化铝、氧化铍、氮化硅、氮化铝、氮化硼、碳化硅、金刚石、玻璃、陶瓷、金属。
[0034]可选地，还包括电路板，所述电路板固定在所述片上微型电子源背离所述第一绝缘层的一侧；
[0035]所述电路板背离所述片上微型电子源的一侧具有多个引线管脚，所述多个引线管脚分别与所述片上微型电子源的电极、所述第一收集板和所述第二收集板相连。
[0036]可选地，还包括电路控制模块；
[0037]所述电路控制模块通过所述电路板与所述片上微型电子源的电极相连，用于为所述电离真空传感器提供驱动电压和电压控制。
[0038]一种片上微型电离真空传感器的制造方法，包括：
[0039]采用微纳加工工艺制备片上微型电子源；
[0040]采用键合工艺将第一绝缘层、第一收集极、第二绝缘层和第二收集极固定在所述片上微型电子源上；
[0041]其中，所述第一绝缘层具有第一通孔，所述第一通孔贯穿所述第一绝缘层；
[0042]所述第一收集极具有第一网孔，所述第一网孔贯穿所述第一收集极；
[0043]所述第二绝缘层具有第二通孔，所述第二通孔贯穿所述第二绝缘层；
[0044]所述第二收集极具有第二网孔，所述第二网孔贯穿所述第二收集极；
[0045]所述第一通孔、所述第一网孔、所述第二通孔以及所述第二网孔相互贯通。
[0046]可选地，当所述片上微型电子源为片上微型热发射电子源时，采用微纳加工工艺制备片上微型电子源包括：
[0047]提供衬底；
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种片上微型电离真空传感器，其特征在于，包括片上微型电子源、依次设置在所述片上微型电子源一侧的第一绝缘层、第一收集极、第二绝缘层和第二收集极；所述片上微型电子源朝向所述第一绝缘层的一侧具有电子发射结构；所述第一绝缘层具有第一通孔，所述第一通孔贯穿所述第一绝缘层；所述第一收集极具有第一网孔，所述第一网孔贯穿所述第一收集极；所述第二绝缘层具有第二通孔，所述第二通孔贯穿所述第二绝缘层；所述第二收集极具有第二网孔，所述第二网孔贯穿所述第二收集极；所述第一通孔、所述第一网孔、所述第二通孔以及所述第二网孔相互贯通，以使所述电子发射结构发射的电子通过所述第一通孔和所述第一网孔并进入所述第二通孔后，与通过所述第二网孔进入所述第二通孔的气体分子碰撞，使气体分子电离成离子；所述第一收集极用于收集电子，并产生电子电流；所述第二收集极用于收集离子，并产生离子电流，以便根据所述电子电流和所述离子电流求出所述片上微型电离真空传感器所处环境的真空度。2.根据权利要求1所述的电离真空传感器，其特征在于，所述片上微型电子源包括片上微型热发射电子源和片上微型隧穿发射电子源。3.根据权利要求2所述的电离真空传感器，其特征在于，所述片上微型热发射电子源包括衬底以及位于所述衬底上的至少一个电子发射结构；所述电子发射结构包括第一电极、第二电极以及位于所述第一电极和所述第二电极之间的热电子发射体；所述衬底具有至少一个沟槽，所述热电子发射体部分或全部悬空于所述沟槽之上。4.根据权利要求3所述的电离真空传感器，其特征在于，所述热电子发射体部分悬空于所述沟槽之上；所述第一电极位于所述沟槽的一侧，且与位于所述沟槽同一侧的热电子发射体连接；所述第二电极位于所述沟槽相对的另一侧，且与位于所述沟槽同一侧的热电子发射体连接。5.根据权利要求3所述的电离真空传感器，其特征在于，所述第一电极位于所述沟槽的一侧，所述第一电极的延伸部分延伸至所述沟槽的上方；所述第二电极位于所述沟槽相对的另一侧，所述第二电极的延伸部分延伸至所述沟槽的上方，所述第二电极的延伸部分与所述第一电极的延伸部分交错排布；所述热电子发射体位于所述第一电极和所述第二电极的延伸部分上且全部悬空于所述沟槽之上。6.根据权利要求3所述的电离真空传感器，其特征在于，所述热电子发射体由以下材料的一种或多种制成：碳纳米管、石墨烯、六硼化镧、六硼化钐、钨、钼、铱、锇、氧化钇、氧化钡、氧化铝、氧化钪以及氧化钙。7.根据权利要求2所述的电离真空传感器，其特征在于，所述片上微型隧穿发射电子源包括衬底以及位于所述衬底上的电子发射结构；所述电子发射结构包括位于所述衬底表面的阻变材料层、至少一个第一电极和至少一个第二电极，所述第一电极和所述第二电极间隔设置，并且，所述第一电极和所述第二电极位于所述阻变材料层的表面。
8.根据权利要求7所述的电离真空传感器，其特征在于，所述阻变材料层具有至少一个通孔，并且所述第二电极通过所述通孔与所述衬底连接。9.根据权利要求7所述的电离真空传感器，其特征在于，所述阻变材料层的材料选自下列材料中的一种或多种：氧化硅、氧化铝、氧化钽、氧化铪、氧化锆、氧化镁、...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏贤龙，杨威，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：