第二章 传感器的功能材料及加工工艺.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,第,2,章 传感器的功能材料及加工工艺,2.1,2.2,第,2,章 传感器的功能材料及加工工艺,传感器使用的材料,传感器的加工工艺,2.1,传感器使用的材料,表,21,各类材料在传感器中的应用情况,2.1.1,材料的基本物理知识,2.1.1.1,基本粒子,2.1.1.2,元素的电子层结构,表,22,键性与物性的关系,2.1.1,材料的基本物理知识,2.1.1.3,固体的能带,图,2-1 1,在氢分子中,1S,和,*1S,分子轨道的状态能量与两氢核之间距离的关系曲线,图,22“,金属”氢的能态与氢核之间距离的关系曲线,2.1.1,材料的基本物理知识,2.1.1.4,导体和非导体的能带,图,23,在金刚石中,SP3,杂化原子轨道所产生的价带和导带图,2.1.1.4,导体和非导体的能带,图,24,金属，绝缘体和半导体能带图,2.1.1.4,导体和非导体的能带,图,25,晶胞用空间点阵描述,2.1.2,导体、半导体和电介质,2.1.2.1,导体（金属和离子导体）敏感材料,（,21,）,（,22,）,电场使电子加速：,平均速度或漂移速度为：,电流密度为：,（23,）,电导率为：,（,24,）,2.1.2.1,导体（金属和离子导体）敏感材料,图,26,金属系温度敏感元件的物理量变换方式,2.1.2,导体、半导体和电介质,2.1.2.2,半导体敏感材料,由于电子和空穴都影响总电流，因此式（,2-4,）变换成下面的形式：,2.1.2.3,电介质,（,25,）,2.1.2.2,半导体敏感材料,表,23,采用半导体材料制作传感器的例子,2.1.3,陶瓷敏感材料,表,24,利用陶瓷敏感材料制作传感器的例子,2.1.3,陶瓷敏感材料,2.1.3,陶瓷敏感材料,2.1.3.1,物理敏感陶瓷材料,陶瓷热敏器件,陶瓷光敏电阻,陶瓷压电元件,陶瓷热释电材料,2.1.3.1,物理敏感陶瓷材料,表,25,各种热释电体的特性,2.1.3,陶瓷敏感材料,2.1.3.2,化学敏感陶瓷材料,湿敏陶瓷,气敏陶瓷,2.1.3.3,其他陶瓷材料,表,26,主要利用化学现象的氧化物载体金属敏感元件,2.1.3,有机高分子敏感材料,2.1.4.1,有机敏感材料的种类和特性,表,27,有机敏感材料,2.1.4.1,有机敏感材料的种类和特性,表,28,利用有机材料的敏感元件,2.1.4.1,有机敏感材料的种类和特性,2.1.4,有机高分子敏感材料,2.1.4.2,有机高分子湿敏材料,2.1.4.3,有机高分子气敏材料,2.1.4.4,有机高分子压电材料,表,29,几种有代表性的高分子气体传感器,2.1.5,磁性材料,真空中的磁通量与外加磁场强度成正比：,其中，,M,是每单位体积的磁偶极矩或磁化强度，为相对磁导率。,2-6,2-7,图,27,由磁畴位移和定向引起的铁磁材料的磁化,2.2,传感器的加工工艺,2.2.1,结构型传感器的加工工艺,图,28,应用不同的加工方法所能得到的加工精度,2.2.1,结构型传感器的加工工艺,图,29,悬臂梁式称重传感器,2.2.1,结构型传感器的加工工艺,1,弹性体的加工和处理,2,应变计的粘贴与固化,3,组桥、布线卫性能检查,4,传感器的性能补偿与老化,5,防潮密封工艺,6,性能检测和标定工艺,2.2.1,结构型传感器的加工工艺,图,210,电阻应变式传感器的防护密封结构示意图,2.2.2,微机械加工工艺,2.2.2.1,微传感器与微机电系统,图,211 MEMS,所涉及到的技术领域,2.2.2.1,微传感器与微机电系统,图,212 MEMS,的应用,2.2.2,微机械加工工艺,2.2.2.2,MEMS,所用材料,1,单晶硅与多晶硅,图,213,单晶硅的硅胞及常用晶片,2.2.2,微机械加工工艺,2,氧化硅与氮化硅,3,金属材料,4,光刻胶,图,214,光刻胶用于平面光刻,2.2.2,微机械加工工艺,2.2.2.3,传统超精密与特种加工技术,超精密机械加工,微钻孔加工,微铣削加工,微细磨削（超精密磨削）,微细电火花加工,2.2.2.3,传统超精密与特种加工技术,图,215,线电极电火花磨削法原理示意,图,216,采用线电极电火花磨削加工的微结构,2.2.2,微机械加工工艺,高能束微机械加工技术,激光束加工,电子束加工电子束加工,图,217,激光束加工示意,图,218,热型电子束加工示意,2.2.2,微机械加工工艺,离子束加工,图,219,非热型电子束加工示意,2.2.2,微机械加工工艺,2.2.2.4,微机电系统常用的集成电路工艺,薄膜成形,氧化,图,220,湿氧氧化法示意,2.2.2.4,微机电系统常用的集成电路工艺,金属化,图,221,真空蒸镀法示意,图,222,溅射法示意,2.2.2.4,微机电系统常用的集成电路工艺,化学气相淀积,图,223,常压化学气相工艺装置的示意,图,224,等离子化学气,相工艺装置的示意,2.2.2.4,微机电系统常用的集成电路工艺,外延,旋涂法,厚膜工艺,图,225,厚膜压力传感器工艺流程示意图,2.2.2.4,微机电系统常用的集成电路工艺,掺杂技术,扩散杂质,离子注入,图,226,离子注入机示意图,2.2.2.4,微机电系统常用的集成电路工艺,光刻技术,图,227,光刻工艺流程,2.2.2.4,微机电系统常用的集成电路工艺,掩模制作（,掩模原图绘制、掩模母板制作、工作 掩模制作,）,光刻胶的涂布,前烘,曝光,显影,坚膜,蚀刻（,湿法蚀刻、干法蚀刻）,去胶（,湿法去胶、干法去胶）,