基于热损失工作方式的矩形铂金薄膜二维风速风向传感器制造技术

基于热损失工作方式的矩形铂金薄膜二维风速风向传感器的最下层是半导体硅衬底(101)，在硅衬底(101)上制作发热电阻(102)，在具有发热电阻(102)的硅衬底(101)之上是二氧化硅绝缘层(103)，二氧化硅绝缘层(103)之上采用矩形的铂金薄膜(104)作为传感面，铂金电极(105)位于矩形的铂金薄膜(104)外；由发热电阻产生的热量形成矩形的铂金薄膜电阻率的初始分布，流动的空气移动了热量并导致矩形的铂金薄膜电阻率分布发生变化，利用热分布变化引起铂金薄膜电阻率分布变化的原理测量风速和风向。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术提供了一种二维风速风向传感器结构，利用电阻抗断层成像(EIT)测 量原理进行传感计算，以矩形钼金薄膜作为传感薄膜。基于热损失方式工作，以热分布变化 所产生的钼金薄膜电阻率分布的变化计算风速大小和风的方向。
技术介绍
风速风向传感器是重要的传感器之一，有着非常广泛的用途。目前的大多数风速 风向传感器采用集总参数的测量方法，例如，检测热敏电阻变化或平板电容变化的方法。无 法直接定量表示传感结构面上各点的风速和风向。钼金是最常用的热敏电阻材料，对于具有原始热分布的钼金薄膜，在薄膜面上的 空气流动必然导致热分布变化，进而引起钼金薄膜电阻率分布的变化，通过检测薄膜上各 点电阻率变化的大小和位置，可以计算得到风速的大小和风向。电阻抗断层成像(EIT)技术采用电流激励/电压测量，并通过成像算法计算待检 测材料的电阻率分布。利用EIT技术计算传感薄膜材料电阻率分布变化，进而进行风速风向传感计算的 传感器结构。利用整个传感薄膜材料电阻率分布的变化对外界物理量进行传感表征，可以 反映传感薄膜材料面上任意点的电阻率参数的变化。
技术实现思路
技术问题本技术提的目的是出一种基于热损失工作方式的矩形钼金薄膜二 维风速风向传感器，该传感器利用EIT技术计算传感薄膜材料电阻率分布变化，进而进行 风速风向传感计算。以矩形的钼金薄膜为传感材料。技术方案本技术提的基于热损失工作方式的矩形钼金薄膜二维风速风向传 感器的最下层是半导体硅衬底，在硅衬底上制作发热电阻，在具有发热电阻的硅衬底之上 是二氧化硅绝缘层，二氧化硅绝缘层之上采用矩形的钼金薄膜作为传感面，钼金电极位于 矩形的钼金薄膜外；由发热电阻产生的热量形成矩形的钼金薄膜电阻率的初始分布，流动 的空气移动了热量并导致矩形的钼金薄膜电阻率分布发生变化，利用热分布变化引起钼金 薄膜电阻率分布变化的原理测量风速和风向。所述的钼金电极是用于电流激励和用于电压测量的钼金电极，这些电极沿着矩形 的钼金薄膜的一边均勻分布。其传感原理是在具有初始热分布的矩形钼金薄膜传感面上的空气流动导致热分 布变化，进而引起电阻率分布的变化，通过检测电阻率变化的大小和位置计算得到气流的 大小和方向。具有传感器结构简单、加工工艺简单的特点。工作时，首先通过发热电阻的两个连接电极对衬底上的发热电阻施加电流产生热 量，使得矩形的钼金薄膜形成初始热场下的电阻率分布。当有空气流过矩形的钼金薄膜表 面时，因为热量的流失将使热场分布发生变化，并既而使矩形钼金薄膜上各点的电阻率发3生变化，产生电阻率分布的变化。根据各点电阻率的大小定量计算风速大小和风向。有益效果本技术的最大优点在于传感器结构简单，对加工工艺的灵敏度低。 因为采用电阻率分布变化来检测风速和风向，因此，是对于变化的相对值进行检测。不同于 传统的基于特定点的参数采样或者对集总参数采样的传感方式，它能够真实地反映传感面 上场的分布情况。本底电阻率分布可以作为基本参考，将实测分布与其进行相减，可以完全 滤除初始工艺误差。基于算法的信息处理方法更易实现智能化。附图说明图1是传感器结构示意图，图2是A-A断面图。其中有，半导体硅衬底101，采用掺杂技术制作的发热电阻102，热生长制作的二 氧化硅层103，矩形的钼金薄膜104，电流激励和电压检测的金属电极105，发热电阻的连接 电极106，发热电阻的连接电极引线孔107。具体实施方案本技术提出的基于热损失工作方式的矩形钼金薄膜二维风速风向传感器利 用薄膜各点热损失不同引起热分布变化，进而导致电阻率变化的原理测量风速和风向。其 结构特征在于采用矩形的钼金薄膜104作为传感面。图1给出了传感器结构示意图。传感 器的最下层是半导体硅衬底101，在硅衬底101上制作发热电阻102(图中虚线绘制的折弯 型图形)，在具有发热电阻102的硅衬底101之上是二氧化硅绝缘层103，二氧化硅绝缘层 103之上是钼金薄膜。钼金薄膜图形由两部分组成，用于传感的矩形钼金薄膜104和16个 既可用于电流激励也可用于电压测量的测试电极105，钼金薄膜的矩形部分104为主传感 面，测试电极105沿着矩形的一条直边均勻分布。本技术的传感器有多种制作方法，这里以采用常规半导体器件工艺制作本发 明的传感器进行说明。首先选择N型半导体硅片101。热生长300纳米厚度的氧化层后通过光刻工艺形 成发热电阻102图形。采用离子注入或热扩散方法在发热电阻102图形区域掺入P型杂质， 浓度控制方块电阻为200欧姆/ 口。去除所有氧化层以保证表面的平整性。再热生长500 纳米氧化层103。采用剥离工艺制作钼金图形，即首先在二氧化硅层103上旋涂光刻胶并光 刻出钼金钼膜图形(包括矩形传感膜、测试电极和发热电阻连接电极)，采用溅射工艺在表 面沉积一层钼金，最后去除光刻胶以及光刻胶上的钼金，留下矩形钼金传感薄膜区104、16 个测试电极105和2个发热电阻连接电极106。权利要求1.一种基于热损失工作方式的矩形钼金薄膜二维风速风向传感器，其特征在于该传感 器的最下层是半导体硅衬底(101)，在硅衬底(101)上制作发热电阻(102)，在具有发热电 阻(10 的硅衬底(101)之上是二氧化硅绝缘层(103)，二氧化硅绝缘层(10 之上采用矩 形的钼金薄膜(104)作为传感面，钼金电极(105)位于矩形的钼金薄膜(104)夕卜。2.根据权利要求1所述的基于热损失工作方式的矩形钼金薄膜二维风速风向传感器， 其特征在于所述的钼金电极(105)是用于电流激励和用于电压测量的钼金电极，这些电极 沿着矩形的钼金薄膜(104)的一边均勻分布。专利摘要基于热损失工作方式的矩形铂金薄膜二维风速风向传感器的最下层是半导体硅衬底(101)，在硅衬底(101)上制作发热电阻(102)，在具有发热电阻(102)的硅衬底(101)之上是二氧化硅绝缘层(103)，二氧化硅绝缘层(103)之上采用矩形的铂金薄膜(104)作为传感面，铂金电极(105)位于矩形的铂金薄膜(104)外；由发热电阻产生的热量形成矩形的铂金薄膜电阻率的初始分布，流动的空气移动了热量并导致矩形的铂金薄膜电阻率分布发生变化，利用热分布变化引起铂金薄膜电阻率分布变化的原理测量风速和风向。文档编号G01P13/02GK201867422SQ201020554728公开日2011年6月15日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日专利技术者李伟华 申请人:东南大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于热损失工作方式的矩形铂金薄膜二维风速风向传感器，其特征在于该传感器的最下层是半导体硅衬底（１０１），在硅衬底（１０１）上制作发热电阻（１０２），在具有发热电阻（１０２）的硅衬底（１０１）之上是二氧化硅绝缘层（１０３），二氧化硅绝缘层（１０３）之上采用矩形的铂金薄膜（１０４）作为传感面，铂金电极（１０５）位于矩形的铂金薄膜（１０４）外。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟华，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：84