基于熱損失工作方式的圓形硅膜二維風速風向傳感器制造技術

基于熱損失工作方式的圓形硅膜二維風速風向傳感器，采用圓形的半導體硅薄膜作為傳感面，采用圓形的半導體硅薄膜(104)作為傳感面，傳感器的最下層是半導體硅襯底(101)，在硅襯底(101)上設置一排發熱電阻(102)，在具有發熱電阻(102)的硅襯底(101)之上設置二氧化硅絕緣層(103)，在二氧化硅絕緣層(103)之上設置半導體硅薄膜(104)，金屬電極(105)沿著圓形的半導體硅薄膜(104)邊界一周均勻分布；利用熱分布變化引起半導體薄膜電阻率分布變化的原理測量風速和風向。（*該技術在2020年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術提供了一種二維風速風向傳感器，利用電阻抗斷層成像(EIT)測量原 理進行傳感計算，以圓形半導體硅薄膜作為傳感薄膜?；跓釗p失方式工作，以熱分布變化 所產生的半導體硅薄膜電阻率分布的變化計算風速大小和風的方向。
技術介紹
風速風向傳感器是重要的傳感器之一，有著非常廣泛的用途。目前的大多數風速 風向傳感器采用集總參數的測量方法，例如，檢測熱敏電阻變化或平板電容變化的方法。無 法直接定量表示傳感結構面上各點的風速和風向。半導體材料具有溫度特性，對于具有原始熱分布的半導體薄膜，在薄膜面上的空 氣流動必然導致熱分布變化，進而引起半導體薄膜電阻率分布的變化，通過檢測薄膜上各 點電阻率變化的大小和位置，可以計算得到風速的大小和風向。電阻抗斷層成像(EIT)技術采用電流激勵/電壓測量，并通過成像算法計算待檢 測材料的電阻率分布。利用EIT技術計算傳感薄膜材料電阻率分布變化，進而進行風速風向傳感計算的 傳感器結構。利用整個傳感薄膜材料電阻率分布的變化對外界物理量進行傳感表征，可以 反映傳感薄膜材料面上任意點的電阻率參數的變化。
技術實現思路
技術問題本技術的目的是提出一種基于熱損失工作方式的圓形硅膜二維風 速風向傳感器，該傳感器以圓形的半導體硅薄膜為傳感材料，利用EIT技術計算傳感薄膜 材料電阻率分布變化，進而進行風速風向傳感計算。技術方案本技術提出的基于熱損失工作方式的圓形硅膜二維風速風向傳感 器，利用硅薄膜各點熱損失不同引起熱分布變化，進而導致電阻率變化的原理測量風速和 風向。其結構特征在于采用圓形的半導體硅薄膜作為傳感面，傳感器的最下層是半導體硅 襯底，在硅襯底上設置一排發熱電阻，在具有發熱電阻的硅襯底之上設置二氧化硅絕緣層， 在二氧化硅絕緣層之上設置半導體硅薄膜，金屬電極沿著圓形的半導體硅薄膜邊界一周均 勻分布；由發熱電阻產生的熱量形成圓形的半導體硅薄膜電阻率的初始分布，流動的空氣 移動了熱量并導致矩形的半導體硅薄膜電阻率分布發生變化，利用熱分布變化引起半導體 薄膜電阻率分布變化的原理測量風速和風向。其傳感原理是在具有初始熱分布的圓形半導體硅薄膜傳感面上的空氣流動導致 熱分布變化，進而引起電阻率分布的變化，通過檢測電阻率變化大小和位置計算得到氣流 的大小和方向。具有傳感器結構簡單、加工工藝簡單的特點。工作時，首先通過兩個發熱電阻連接電極對襯底上的發熱電阻施加電流產生熱 量，使得半導體硅薄膜形成初始電阻率分布。當有空氣流過半導體硅薄膜表面時，因為熱量 的流失將使熱場分布發生變化，并既而使半導體硅薄膜各點的載流子濃度發生變化，產生電阻率分布的變化。根據各點電阻率的大小定量計算風速大小和風向。有益效果本技術的最大優點在于傳感器結構簡單，對加工工藝的靈敏度低。 因為采用電阻率分布變化來檢測風速和方向，因此，是對于變化的相對值進行檢測。不同于 傳統的基于特定點的參數采樣或者對集總參數采樣的傳感方式，它能夠真實地反映傳感面 上場的分布情況，因為是對整個傳感區(面)進行計算，因此，制作誤差被平均化，減小了系 統誤差。同時，本底電阻率分布可以作為基本參考，將實測分布與其進行相減，可以完全濾 出初始工藝誤差。基于算法的信息處理方法更易實現智能化。附圖說明圖1是傳感器結構示意圖，圖2是圖1中A-A斷面圖，圖3是圖1中B-B斷面圖。其中有半導體硅襯底101，發熱電阻102，二氧化硅絕緣層103 ；圓形的半導體硅 薄膜104 ;16個電流激勵和電壓檢測的金屬電極105，發熱電阻的連接電極106，發熱電阻的 連接電極引線孔107。具體實施方式采用圓形的半導體硅薄膜104作為傳感面。圖1給出了傳感器結構示意圖。傳感 器的最下層是半導體硅襯底101，在硅襯底101上制作發熱電阻102(圖中虛線繪制的折彎 型圖形)，在具有發熱電阻102的硅襯底101之上是二氧化硅絕緣層103，二氧化硅絕緣層 103之上是半導體硅薄膜104。半導體硅薄膜104形狀為圓形，沿著圓形邊界一周均勻分布 著16個即可用于電流激勵也可用于電壓測量的由金屬制作的測試電極。本技術的傳感器有多種制作方法，這里以采用常規半導體器件工藝制作本發 明的傳感器進行說明。其中的圓形半導體硅薄膜采用P型多晶硅，同理，也可以采用N型多 晶娃。首先選擇N型半導體硅片101。熱生長300納米厚度的氧化層后通過光刻工藝形 成發熱電阻102圖形。采用離子注入或熱擴散方法在發熱電阻102圖形區域摻入P型雜質， 濃度控制方塊電阻為200歐姆/ 口。去除所有氧化層以保證表面的平整性。再熱生長500 納米氧化層103。采用低壓化學氣相沉積技術淀積1微米左右的多晶硅，對多晶硅進行P型 摻雜，摻雜濃度控制在5E18/cm3左右。采用光刻工藝形成圓形P型半導體薄膜104。采用 光刻工藝制作發熱電阻的引線孔107。采用濺射工藝在表面沉積一層金屬鋁，光刻形成16 個金屬電極105和2個發熱電阻的連接電極106。權利要求1.一種基于熱損失工作方式的圓形硅膜二維風速風向傳感器，其特征在于采用圓形的 半導體硅薄膜(104)作為傳感面，傳感器的最下層是半導體硅襯底(101)，在硅襯底(101) 上設置一排發熱電阻(102)，在具有發熱電阻(10 的硅襯底(101)之上設置二氧化硅絕緣 層(103)，在二氧化硅絕緣層(10 之上設置半導體硅薄膜(104)，金屬電極(10 沿著圓 形的半導體硅薄膜(104)邊界一周均勻分布。2.如權利要求1所述的基于熱損失工作方式的圓形硅膜二維風速風向傳感器，其特征 在于所述的金屬電極(10 有16個。專利摘要基于熱損失工作方式的圓形硅膜二維風速風向傳感器，采用圓形的半導體硅薄膜作為傳感面，采用圓形的半導體硅薄膜(104)作為傳感面，傳感器的最下層是半導體硅襯底(101)，在硅襯底(101)上設置一排發熱電阻(102)，在具有發熱電阻(102)的硅襯底(101)之上設置二氧化硅絕緣層(103)，在二氧化硅絕緣層(103)之上設置半導體硅薄膜(104)，金屬電極(105)沿著圓形的半導體硅薄膜(104)邊界一周均勻分布；利用熱分布變化引起半導體薄膜電阻率分布變化的原理測量風速和風向。文檔編號G01P13/02GK201867424SQ20102055476公開日2011年6月15日 申請日期2010年9月29日 優先權日2010年9月29日專利技術者李偉華 申請人:東南大學本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于熱損失工作方式的圓形硅膜二維風速風向傳感器，其特征在于采用圓形的半導體硅薄膜（１０４）作為傳感面，傳感器的最下層是半導體硅襯底（１０１），在硅襯底（１０１）上設置一排發熱電阻（１０２），在具有發熱電阻（１０２）的硅襯底（１０１）之上設置二氧化硅絕緣層（１０３），在二氧化硅絕緣層（１０３）之上設置半導體硅薄膜（１０４），金屬電極（１０５）沿著圓形的半導體硅薄膜（１０４）邊界一周均勻分布。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：李偉華，
申請(專利權)人：東南大學，
類型：實用新型
國別省市：84