论文题目: 全量程超高压力薄膜传感器研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 微电子学与固体电子学
作者: 滕林
导师: 杨邦朝
关键词: 锰铜,薄膜传感器,超高压力测试,后置式,在位式
文献来源: 电子科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 锰铜传感器和镱传感器是用于测量冲击波产生超高压力的特种用途传感器。其中锰铜传感器的量程上限可达到60GPa,是目前压力传感器中量程最高的,镱传感器的测压范围在几个MPa到4GPa,适用于超高压力的低压段测量。在国防工程应用中,需要传感器满足快速测量以及高压绝缘的要求,本文通过传感器的结构优化设计、敏感材料和封装材料的选择以及工艺参数优化,制作出新型的薄膜化的锰铜阵列式传感器和镱传感器,经过高压测试,取得了比较理想的实验结果,其主要结论和创新性结果归纳如下: 1、首次在99%氧化铝陶瓷基片上制作出2×2阵列锰铜薄膜传感器,4个传感器在基片上呈对称性分布,敏感薄膜放置在冲击波的作用范围内,经过二级轻气炮加载,压力作用范围在50～70GPa,4个传感器输出的一致性好,无高压旁路效应,验证了阵列式锰铜薄膜传感器高压测试的准确性和可靠性。 2、提出采用电火花线切割工艺制作出溅射镱靶,金属镱的延展性不好,在轧制的过程中极易发生断裂,加之该材料的化学性能活泼,易氧化,采用轧制和粉末冶金方法均难以实现。采用这种工艺制作镱靶材的方法还未见报道。 3、首次采用磁控溅射的方法制作出镱薄膜传感器,通过一级轻气炮进行加载实验,测试压力在1～3GPa,压阻系数接近于箔式镱传感器,重复性较好,实现了传感器的小型化和微型化。 4、在原来箔式锰铜和镱传感器的研究中,局限于传感器的测试和使用,没有对传感器微观形貌和压阻性能之间的关系进行深入研究。本文研究了热处理对薄膜传感器微观形貌和压阻特性的影响,研究结果表明,薄膜传感器经过热处理后,薄膜晶粒增大,缺陷减少,大大提高了薄膜的压阻灵敏度。经过热处理后的薄膜传感器,其压阻系数接近于文献报道的箔式传感器的压阻系数。 5、采用氧化铝材料为基制作的“后置式”2×2阵列锰铜薄膜传感器以及以聚酰亚胺为基的“在位式”镱薄膜传感器,在高压冲击波的作用下,表
论文目录:
摘要
Abstract
目录
第一章 绪论
1．1 背景分析
1．2 压电传感器
1．2．1 石英压力传感器
1．2．2 压电陶瓷
1．2．3 聚偏二氟乙烯(PVDF)
1．3 压阻传感器
1．3．1 硅压力传感器
1．3．2 碳压力传感器
1．3．3 锰铜压力传感器
1．3．4 镱压力传感器
1．3．5 薄膜压力传感器
1．4 论文的主要研究内容
1．4．1 存在的主要问题
1．4．2 论文研究的主要内容与创新之处
第二章 敏感和封装材料的选择
2．1 锰铜压阻传感器
2．1．1 箔式锰铜压阻传感器
2．1．1．1 树脂粘接工艺
2．1．1．2 改良树脂
2．1．1．3 玻璃熔封
2．1．1．4 PTFE热压封装
2．1．1．5 碾压焊点工艺
2．1．2 锰铜薄膜传感器
2．1．2．1 国外研究进展
2．1．2．2 国内研究进展
2．2 镱压阻传感器
2．2．1 镱传感器特性
2．2．2 箔式镱传感器
2．2．3 镱薄膜传感器
2．3 敏感材料结构设计与封装材料
2．3．1 四端结构
2．3．2 两端结构
2．3．3 封装材料的选择
2．4 本章小结
第三章 薄膜压阻传感器的设计
3．1 冲击波的工作原理
3．1．1 波的概念
3．1．2 冲击波在介质中的传播
3．1．3 冲击波的稳定性
3．2 传感器设计原则
3．2．1 宽厚比
3．2．2 追赶比
3．3 传感器的结构设计
3．3．1 “在位式”压阻传感器
3．3．2 “后置式”压阻传感器
3．3．3 阵列式传感器结构优化
3．4 本章小结
第四章 实验工艺流程
4．1 工艺流程
4．2 基片材料
4．3 电极
4．4 绝缘层
4．4．1 电子束蒸发工艺参数
4．4．2 膜厚测量
4．4．3 电性能测试
4．5 封装
4．6 检测
4．7 轻气炮
4．8 本章小结
第五章 敏感薄膜的制备
5．1 金属薄膜TCR测量
5．2 薄膜工艺
5．2．1 真空系统
5．2．2 基片温度
5．2．3 溅射功率
5．2．4 膜厚与TCR
5．3 热处理工艺
5．3．1 热处理温度
5．3．2 老化
5．4 本章小结
第六章 高压测试与分析
6．1 轻气炮工作原理
6．1．1 一级轻气炮工作原理
6．1．2 二级轻气炮工作原理
6．2 雨贡纽参数与压力计算
6．2．1 雨贡纽参数
6．2．2 压力计算
6．3 压阻传感器的动高压测试
6．3．1 2×2阵列锰铜薄膜传感器
6．3．2 镱薄膜传感器
6．4 锰铜薄膜测试与分析
6．4．1 锰铜薄膜XRD分析
6．4．2 锰铜薄膜SEM形貌分析
6．5 镱薄膜测试与分析
6．5．1 镱薄膜XRD分析
6．5．2 镱薄膜SEM形貌分析
6．6 本章小结
第七章 结论和建议
7．1 主要结论
7．2 论文的创新之处
7．3 有待深入研究的问题
参考文献
致谢
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个人简历
发布时间: 2005-09-23
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