一种MEMS热温差式流量传感器及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种MEMS热温差式流量传感器及其制作方法，该流量传感器包括：衬底，设有隔热腔体；介质层，形成于衬底及隔热腔体的上表面；微加热器及热敏电阻，形成于介质层的上表面，且微加热器及热敏电阻局部位于隔热腔体的上方；铂黑，至少覆盖部分微加热器及热敏电阻。本发明专利技术所公开的流量传感器制备过程简单，可控性强，兼容性高；通过在微加热器及热敏电阻上形成铂黑，有利于增大其表面积，从而加快与气体分子之间的换热效率，提高器件的灵敏度；此外，表面积的增大还有利于提高微加热器的热利用率，从而起到降低功耗的作用。从而起到降低功耗的作用。从而起到降低功耗的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS热温差式流量传感器及其制作方法


[0001]本专利技术涉及属于流量测量
，特别涉及一种MEMS热温差式流量传感器及其制作方法。

技术介绍

[0002]流量测量是工业生产和科学研究的基本需求。流量传感器种类繁多，其中，基于MEMS技术制作的热温差式流量传感器因具有结构简单、尺寸小、精度高、响应速度快等诸多优点而得到广泛应用。
[0003]MEMS热温差式流量传感器的物理基础是热传递，其结构主要包括集成在同一基底上的三个元件：位于中心的微加热器和对称分布在微加热器上下游的感温元件(热敏电阻或热电堆)。微加热器提供一定的功率以使表面温度高于环境温度，当无气体流动时，表面温度以微加热器为中心呈正态分布，上下游感温元件具有相同的电信号；当有气体流动时，气体分子换热使表面的温度分布发生偏移，上下游感温元件的电信号随之产生差异，利用这种差异就可推算出气体流量。
[0004]高灵敏度和低功耗是流量传感器最重要的应用需求及发展方向，为此，人们提出了多种有效的技术方案，如采用热导率较小的悬浮膜结构来减小基底的热耗散；采用具有更高塞贝克系数的热电材料；采用更大的面积或更密的排列方式来增加热电堆的对数。然而，随着应用的不断推广和深入，流量传感器的灵敏度、功耗等性能亟需得到进一步提高。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种MEMS热温差式流量传感器及其制作方法，以达到提高流量传感器的灵敏度，并降低流量传感器的功耗的目的。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种MEMS热温差式流量传感器，包括：
[0008]衬底，设有隔热腔体；
[0009]介质层，形成于衬底及隔热腔体的上表面；
[0010]微加热器及热敏电阻，形成于介质层的上表面，且微加热器及热敏电阻局部位于隔热腔体的上方；
[0011]铂黑，至少覆盖部分微加热器及热敏电阻。
[0012]上述方案中，所述衬底采用半导体衬底，包括硅衬底、锗衬底、SOI衬底、GeOI衬底的一种。
[0013]上述方案中，所述隔热腔体由衬底的上表面向内凹入一定深度形成，或由衬底的下表面向内贯穿衬底形成。
[0014]上述方案中，所述介质层的材料为氧化硅、氮化硅的一种或两种组合。
[0015]上述方案中，所述热敏电阻的数量为两个，对称分布在微加热器的两侧。
[0016]上述方案中，所述微加热器和热敏电阻的材料为铂或钛/铂或铬/铂。
[0017]一种MEMS热温差式流量传感器的制作方法，包括如下步骤：
[0018]S1、提供一衬底，于衬底上形成介质层；
[0019]S2、于介质层上形成微加热器和热敏电阻；
[0020]S3、于至少部分微加热器、热敏电阻上形成铂黑；
[0021]S4、对衬底进行释放，形成隔热腔体。
[0022]上述方案中，所述微加热器和热敏电阻的材料为铂或钛/铂或铬/铂，通过剥离工艺形成，或通过先溅射或蒸镀后刻蚀的方法形成。
[0023]上述方案中，所述铂黑通过电镀的方法形成。
[0024]上述方案中，所述隔热腔体通过干法刻蚀或湿法腐蚀的方法对衬底进行释放而形成。
[0025]通过上述技术方案，本专利技术提供的一种MEMS热温差式流量传感器及其制作方法，具有以下有益效果：
[0026]1、本专利技术基于MEMS技术制造的热温差式流量传感器，具有体积小、精度高、响应速度快等优点，且制备过程简单，可控性强，工艺兼容性高。
[0027]2、本专利技术利用MEMS工艺在流量传感器的微加热器和热敏电阻上形成铂黑，铂黑的疏松微孔状结构有利于增大微加热器和热敏电阻的表面积，从而加快与气体分子的换热效率，达到提高器件灵敏度的目的；此外，表面积的增大使加热元件产生的热量更多地作用于器件的表面，即有利于提高加热元件的热利用率，从而起到降低功耗的作用。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0029]图1为本专利技术实施例所公开的MEMS热温差式流量传感器的制作方法流程示意图；
[0030]图2a为本专利技术实施例所公开的制备方法中步骤S1制得结构的剖面结构示意图；
[0031]图2b为本专利技术实施例所公开的制备方法中步骤S1制得结构的立体结构示意图；
[0032]图3a为本专利技术实施例所公开的制备方法中步骤S2制得结构的剖面结构示意图；
[0033]图3b为本专利技术实施例所公开的制备方法中步骤S2制得结构的立体结构示意图；
[0034]图4a为本专利技术实施例所公开的制备方法中步骤S3制得结构的剖面结构示意图；
[0035]图4b为本专利技术实施例所公开的制备方法中步骤S3制得结构的立体结构示意图；
[0036]图5a为本专利技术实施例所公开的制备方法中步骤S4制得结构的剖面结构示意图；
[0037]图5b为本专利技术实施例所公开的制备方法中步骤S4制得结构的立体结构示意图；
[0038]图中，10、硅衬底；20、介质层；30、微加热器；40、热敏电阻；50、铂黑；60、隔热腔体。
具体实施方式
[0039]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0040]本专利技术提供了一种MEMS热温差式流量传感器，如图5a和图5b所示，包括：
[0041]衬底10，设有隔热腔体60；
[0042]介质层20，形成于衬底10及隔热腔体60的上表面；
[0043]微加热器30及热敏电阻40，形成于介质层20的上表面，且微加热器30及热敏电阻40局部位于隔热腔体60的上方；
[0044]铂黑50，至少覆盖部分微加热器30及热敏电阻40。
[0045]具体地，衬底10采用常见的半导体衬底，包括但不限于硅衬底、锗衬底、SOI衬底、GeOI衬底的一种；在本专利技术的实施例中，衬底10采用双面抛光的单晶硅衬底。
[0046]具体地，隔热腔体60由衬底10的上表面向内凹入一定深度形成，或由衬底10的下表面向内贯穿衬底10形成；在本专利技术的实施例中，隔热腔体60由衬底10的下表面向内贯穿衬底10形成。
[0047]具体地，介质层20的材料为氧化硅、氮化硅的一种或两种组合；在本专利技术的实施例中，介质层20由氧化硅和氮化硅复合而成。
[0048]具体地，热敏电阻40的数量为两个，对称分布在微加热器30的两侧；微加热器30和热敏电阻40的材料为铂或钛/铂或铬/铂，本实施例中，微加热器30和热敏电阻40的材料均为铂。
[0049]需要说明的是，部分微加热器30及热敏电阻40用作电极，以在应用过程中与外部电路实现电连接。
[0050]需要说明的是，铂黑50呈疏松微孔状，有利于增大微加热器30以及热敏电阻40的表面积，从而加快与气体分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS热温差式流量传感器，其特征在于，包括：衬底，设有隔热腔体；介质层，形成于衬底及隔热腔体的上表面；微加热器及热敏电阻，形成于介质层的上表面，且微加热器及热敏电阻局部位于隔热腔体的上方；铂黑，至少覆盖部分微加热器及热敏电阻。2.根据权利要求1所述的一种MEMS热温差式流量传感器，其特征在于，所述衬底采用半导体衬底，包括硅衬底、锗衬底、SOI衬底、GeOI衬底的一种。3.根据权利要求1所述的一种MEMS热温差式流量传感器，其特征在于，所述隔热腔体由衬底的上表面向内凹入一定深度形成，或由衬底的下表面向内贯穿衬底形成。4.根据权利要求1所述的一种MEMS热温差式流量传感器，其特征在于，所述介质层的材料为氧化硅、氮化硅的一种或两种组合。5.根据权利要求1所述的一种MEMS热温差式流量传感器，其特征在于，所述热敏电阻的数量为两个，对称分布在微加热器的两侧。6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：田伟，胡国庆，
申请(专利权)人：青岛芯笙微纳电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：