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一种双端排布热电堆结构设计与仿真优化

传感技术学报 2022年第5期35卷 573-580页

作者：雷程关一浩梁庭武学占白悦杭熊继军中北大学动态测试技术省部共建国家重点实验室山西太原030051

微机电系统(MEMS)红外热电堆是光谱仪、气体传感器、远程温度传感器等现代信息探测系统的核心工作器件,较高的表面利用率和响应度以及更简易的制备工艺将是未来该类器件制造技术的发展趋势。分别采用热偶条双端对称排布、取消红外吸收... 详细信息

微机电系统(MEMS)红外热电堆是光谱仪、气体传感器、远程温度传感器等现代信息探测系统的核心工作器件,较高的表面利用率和响应度以及更简易的制备工艺将是未来该类器件制造技术的发展趋势。分别采用热偶条双端对称排布、取消红外吸收区、扩大冷端欧姆接触面积、支撑膜边缘开通绝热槽、充分发挥氮化硅钝化与红外吸收双功能作用等设计理念,对热偶条温差分布进行优化,研究热电堆性能的变化规律。采用ANSYS Workbench有限元分析软件对器件进行仿真发现:当传感器设计尺寸为1.5 mm×1.5 mm×0.3 mm,有效面积为1.21 mm^(2),绝热槽为1.1 mm×20μm时,双端开槽的热电堆探测器在具备更低制备成本的同时表现出最优性能。通过与普通双端热电堆性能进行仿真对比,发现绝热槽的引入使得探测器输出电压提升88.5%。这为未来温度传感器的设计制造提供了新颖的思路。

关键词：热电堆红外探测器绝热槽双端对称排布 Ansys workbench有限元分析

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热电堆型激光功率计设计与仿真

红外技术 2022年第2期44卷 157-162页

作者：雷程武学占梁庭马野关一浩董志超李强齐蕾中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051 北方自动控制技术研究所山西太原030006

针对紫外、可见、红外等激光器输出功率测试需求,提出一种由传热体、吸收层、绝缘层和热电偶构成的热电堆型激光功率计。结合热效应和塞贝克效应理论,采用Solidworks三维设计软件构建不同关键结构尺寸的模型,通过ANSYS Workbench仿真软... 详细信息

针对紫外、可见、红外等激光器输出功率测试需求,提出一种由传热体、吸收层、绝缘层和热电偶构成的热电堆型激光功率计。结合热效应和塞贝克效应理论,采用Solidworks三维设计软件构建不同关键结构尺寸的模型,通过ANSYS Workbench仿真软件建立了热电耦合仿真分析模型,分析关键结构尺寸参数对输出电压以及温度分布的影响关系。采用机械加工、镀膜和喷砂工艺设计热电堆型激光功率计,设计封装结构和电路补偿对输出电压进行放大和校准,结果表明,传热体厚度、热偶条对数和长度都是影响激光功率计输出电压的关键性因素。

关键词：激光功率计热效应塞贝克效应热电堆热电偶有限元仿真分析

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SOI高温压力传感器无引线倒装式封装研究

传感器与微系统 2021年第11期40卷 65-68页

作者：董志超雷程梁庭薛胜方宫凯勋武学占中北大学仪器与电子学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051

绝缘体上硅(SOI)压阻式压力传感器理论工作温度可达450℃,但传统的器件在高温、振动以及高腐蚀环境中电连接容易失效。开展基于无引线倒装式封装芯片方法的研究。首先,在完成SOI压力传感器芯片制备的基础上,提出了基于阳极键合工艺和玻... 详细信息

绝缘体上硅(SOI)压阻式压力传感器理论工作温度可达450℃,但传统的器件在高温、振动以及高腐蚀环境中电连接容易失效。开展基于无引线倒装式封装芯片方法的研究。首先,在完成SOI压力传感器芯片制备的基础上,提出了基于阳极键合工艺和玻璃通孔填充(TGV)工艺的倒装式封装方案;其次,研究带有图形的硼硅玻璃和SOI阳极键合工艺,以及基于电镀工艺的通孔金属填充工艺,并对键合强度、键合界面、金属填充效果以及电连接性能进行测试;最后,针对封装好的芯片在常温环境下进行传感器气密性、电连接性能、线性度以及重复度等性能进行测试,进一步验证无引线倒装式封装方法的可行性和有效性。

关键词：绝缘体上硅(SOI) 无引线倒装阳极键合玻璃通孔填充(TGV) 气密性

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RIE反应离子刻蚀氮化硅工艺的研究

电子测量技术 2021年第7期44卷 107-112页

作者：关一浩雷程梁庭白悦杭齐蕾武学占中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051 北方自动控制技术研究所太原030006

氮化硅在红外热电堆中既充当钝化隔离层又充当红外吸收层,其薄膜刻蚀在MEMS工艺中至关重要。采用RIE-10NR反应离子刻蚀机以SF6为主要刻蚀气体,通过改变氧气流量、射频功率、腔室压强对氮化硅薄膜进行刻蚀实验。通过台阶仪及共聚焦显微... 详细信息

氮化硅在红外热电堆中既充当钝化隔离层又充当红外吸收层,其薄膜刻蚀在MEMS工艺中至关重要。采用RIE-10NR反应离子刻蚀机以SF6为主要刻蚀气体,通过改变氧气流量、射频功率、腔室压强对氮化硅薄膜进行刻蚀实验。通过台阶仪及共聚焦显微镜表征刻蚀形貌、速率及刻蚀均匀性。实验表明,在SF_(6)流量为50 sccm,O_(2)流量为10 sccm,腔室压强为11 Pa,射频功率为250 W的条件下,氮化硅刻蚀速率达到509 nm/min,非均匀性可达2.4%;在同样条件下,多晶硅的刻蚀速率达到94.5 nm/min,选择比为5.39∶1。

关键词：氮化硅多晶硅反应离子刻蚀刻蚀速率非均匀性

半导体激光加工中光学元件吸热对设备聚焦位置的影响

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激光与光电子学进展 2022年第1期59卷 292-299页

作者：董志超梁庭雷程宫凯勋武学占齐蕾中北大学仪器与电子学院仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051 北方自动控制技术研究所山西太原030051

介绍了激光射线在吸收介质中的衰减模型,通过射线功率、透镜表面温度分布、热力学性质、沉积功率、透镜折射率变化等仿真计算,分析了半导体加工过程中由光学元件吸热导致的透镜聚焦径向位置变化,通过仿真计算得出输出功率为20 W的紫外... 详细信息

介绍了激光射线在吸收介质中的衰减模型,通过射线功率、透镜表面温度分布、热力学性质、沉积功率、透镜折射率变化等仿真计算,分析了半导体加工过程中由光学元件吸热导致的透镜聚焦径向位置变化,通过仿真计算得出输出功率为20 W的紫外激光精细加工设备的径向聚焦位置偏移为14μm,并且通过激光加工实验、激光共聚焦显微镜观测、台阶仪测量等方式验证了仿真分析结果,对激光加工在半导体行业中容易忽视的问题进行了比较全面的分析论证。

关键词：激光光学紫外激光光学元件聚焦位置半导体

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圆形热电堆红外探测器的结构优化与仿真分析

电子测量技术 2021年第13期44卷 17-22页

作者：武学占雷程梁庭关一浩马野白悦杭齐蕾中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室太原030051 北方自动控制技术研究所太原030006

为了研究采用热电堆原理制作的红外探测器输出电压与关键结构尺寸之间的影响关系,获得高输出电压,提出一种基于圆形结构的微机电系统(MEMS)热电堆红外探测器,以红外探测器结构尺寸1.8 mm×1.8 mm×0.35 mm,空腔尺寸Ф1.2 mm为建模仿真... 详细信息

为了研究采用热电堆原理制作的红外探测器输出电压与关键结构尺寸之间的影响关系,获得高输出电压,提出一种基于圆形结构的微机电系统(MEMS)热电堆红外探测器,以红外探测器结构尺寸1.8 mm×1.8 mm×0.35 mm,空腔尺寸Ф1.2 mm为建模仿真的研究基础,对红外探测器进行建模,通过改变吸收层覆盖面尺寸、热偶条对数、冷端长度、有无刻蚀规则孔等关键结构尺寸参数,对红外探测器进行热电仿真和热路径分析,最终确定最优红外探测器仿真结果,仿真结果表明,通过改变热电堆红外探测器关键结构尺寸参数,使得设计的红外探测器输出电压值达到125.08μV,与传统四端梁结构比较,极大地提高了红外探测器的输出电压。

关键词：红外探测器热电堆有限元分析塞贝克效应红外