[發明專利]測量熱流密度以及壓力的復合式薄膜傳感器及制備方法

在審

• 申請號: 202111482103.2
• 申請日: 2021-12-06
• 公開（公告）號: CN114199306A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 方續東;梁鵬程;方子艷;趙立波;田邊;吳晨;孫昊;鄧武彬;高博楠;吳俊俠;王淞立;朱楠;孫林;蔣莊德
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01L1/14;G01K7/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發明公開了一種測量熱流密度以及壓力的復合式薄膜傳感器及制備方法，包括電容式薄膜壓力傳感部分和熱流密度傳感部分；電容式薄膜壓力傳感部分包括摻雜硅基底，摻雜硅基底下方自上至下依次設置有介質絕緣層、多晶硅層和壓感基底，壓感基底與摻雜硅基底之間具有真空密封腔，壓感基底上設置有電容下極板，電容下極板位于真空密封腔中，真空密封腔正上方的摻雜硅基底為電容上極板；熱流密度傳感部分包括熱電堆層基底、熱電堆層和熱阻層；熱電阻層包括熱電阻冷端和熱電阻層熱端，熱電堆層包括依次連接且間隔設置的第一熱電偶和第二熱電偶。采用銅和康銅作為熱電偶電極材料，材料易得，生產成本低，適合于大規模工業生產。

技術領域

本發明屬于薄膜傳感器技術領域，具體涉及一種用于測量熱流密度以及壓力的復合式薄膜傳感器及制備方法。

背景技術

熱流與壓力是不同行業中的各種設備常用的一種參量，如各種工業爐窯、熱力輸送管道、航空航天等，均需要對其設備的局部區域進行熱損失和壓力的檢測。工業設備在其工作的進程之中，某些重要部件駐點的熱流和壓力是特別重要的參數。駐點的熱流以及壓力根據不同的測量方式，其響應時間不同，過程中需要對駐點的熱流和壓力進行多次測量并對其進行不斷調整，尤其是針對不規則的被測物表面，在一次測量中支架安裝一個探頭，只能對其中一個參數進行測量。而且在轉換測量參數時，需要耗費大量的時間進行探頭的拆卸、變換和安裝，往往測量時間遠遠小于更換探頭的時間，并且不能保證兩個參數的同時輸出，效率比較低下。

發明內容

本發明提供了一種用于測量熱流密度以及壓力的復合式薄膜傳感器，用于同時測量熱流密度以及壓力，縮小了傳感器的體積，一體化程度高。

為達到上述目的，本發明所述一種用于測量熱流密度以及壓力的復合式薄膜傳感器包括電容式薄膜壓力傳感部分和位于電容式薄膜壓力傳感部分上的熱流密度傳感部分；所述電容式薄膜壓力傳感部分包括摻雜硅基底，所述摻雜硅基底下方自上至下依次設置有介質絕緣層、多晶硅層和壓感基底，壓感基底與摻雜硅基底之間具有真空密封腔，壓感基底上設置有電容下極板，電容下極板位于真空密封腔中，真空密封腔正上方的摻雜硅基底為電容上極板；所述熱流密度傳感部分包括自下至上依次設置有熱電堆層基底、熱電堆層和熱阻層；所述熱電阻層包括熱電阻冷端和熱電阻層熱端，所述熱電阻層冷端的厚度大于熱電阻層熱端的厚度；所述熱電堆層包括依次連接且間隔設置的第一熱電偶和第二熱電偶。

進一步的，電容上極板厚度為8.5μm～15μm，直徑為5mm～7.5mm。

進一步的，熱電堆層基底為聚酰亞胺薄膜。

進一步的，熱阻層的材料為氧化鋁。

進一步的，第一熱電偶的材料為Cu，第二熱電偶的材料為康銅。

進一步的，電容下極板為鉻金薄膜層。

進一步的，第一熱電偶和第二熱電偶線寬小于150μm，線長為7mm～15mm。

上述的測量熱流密度以及壓力的復合式薄膜傳感器的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、在單晶硅片上淀積氧化層并刻蝕形成凹坑，對刻蝕后的單晶硅片進行深度硼擴散形成摻雜硅基底；

步驟2、在摻雜基底表面淀積一層氧化硅構造介質絕緣層；

步驟3、在介質絕緣層上淀積一層導電多晶硅，在多晶硅層上進行擴散摻雜，形成導電硅層；

步驟4、在壓感基底上濺射金屬，形成電容下極板；

步驟5、步驟3得到的結構與步驟4得到的結構鍵合在一起，形成真空密封腔；

步驟6、采用減薄工藝，將摻雜基底減薄；

步驟7、在摻雜基底表面沉積一層聚酰亞胺層，作為熱電堆層基底以及摻雜硅的絕緣層；

步驟8、在熱電堆層基底上濺射熱電堆層；