第二章 传感器的功能材料及加工工艺.ppt

LOGO第第2 2章章 传感器的功能材料及传感器的功能材料及加工工艺加工工艺2.12.2第第2章章 传感器的功能材料及加工工艺传感器的功能材料及加工工艺传感器使用的材料传感器使用的材料传感器的加工工艺传感器的加工工艺2.1传感器使用的材料传感器使用的材料表表 2 1各类材料在传感器中的应用情况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材料的基本物理知识v2.1.1.1 基本粒子基本粒子v2.1.1.2元素的元素的电子子层结构构表表 2 2键性与物性的关系键性与物性的关系2.1.1材料的基本物理知识材料的基本物理知识v2.1.1.3 固体的能固体的能带图图2-1 1在氢分子中在氢分子中1S和和*1S分子轨道的状态能量与两氢核分子轨道的状态能量与两氢核之间距离的关系曲线之间距离的关系曲线图图 2 2“金属金属”氢的能态与氢核氢的能态与氢核之间距离的关系曲线之间距离的关系曲线2.1.1材料的基本物理知识材料的基本物理知识v2.1.1.4导体和非体和非导体的能体的能带图图 2 3在金刚石中在金刚石中SP3杂化原子轨道所产生的价带和导带图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图 2 4金属，绝缘体和半导体能带图金属，绝缘体和半导体能带图2.1.1.4导体和非导体的能带图图 2 5晶胞用空间点阵描述晶胞用空间点阵描述2.1.2导体、半导体和电介质导体、半导体和电介质v2.1.2.1导体（金属和离子体（金属和离子导体）敏感材料体）敏感材料（2 1）（2 2）电场使电子加速：电场使电子加速：电场使电子加速：电场使电子加速：平均速度或漂移速度为：平均速度或漂移速度为：平均速度或漂移速度为：平均速度或漂移速度为：电流密度为电流密度为电流密度为电流密度为 ：（2 3）电导率为电导率为电导率为电导率为 ：（2 4）2.1.2.1导体（金属和离子导体）敏感材料图图 2 6金属系温度敏感元件的物理量变换方式金属系温度敏感元件的物理量变换方式2.1.2导体、半导体和电介质导体、半导体和电介质v2.1.2.2半半导体敏感材料体敏感材料 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：v2.1.2.3电介介质（2 5）2.1.2.2半导体敏感材料表表 2 3采用半导体材料制作传感器的例子采用半导体材料制作传感器的例子2.1.3陶瓷敏感材料陶瓷敏感材料表表 2 4 利用陶瓷敏感材料制作传感器的例子利用陶瓷敏感材料制作传感器的例子2.1.3陶瓷敏感材料陶瓷敏感材料2.1.3陶瓷敏感材料陶瓷敏感材料v2.1.3.1物理敏感陶瓷材料物理敏感陶瓷材料1.陶瓷陶瓷热敏器件敏器件2.陶瓷光敏陶瓷光敏电阻阻3.陶瓷陶瓷压电元件元件4.陶瓷陶瓷热释电材料材料 2.1.3.1物理敏感陶瓷材料表表 2 5 各种热释电体的特性各种热释电体的特性2.1.3陶瓷敏感材料陶瓷敏感材料v2.1.3.2化学敏感陶瓷材料化学敏感陶瓷材料1.湿敏陶瓷湿敏陶瓷2.气敏陶瓷气敏陶瓷v2.1.3.3其他陶瓷材料其他陶瓷材料表表 2 6 主要利用化学现象的氧化物载体金属敏感元件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有机高分子敏感材料v2.1.4.1有机敏感材料的种有机敏感材料的种类和特性和特性表表 2 7 有机敏感材料有机敏感材料2.1.4.1有机敏感材料的种类和特性表表 2 8 利用有机材料的敏感元件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有机高分子敏感材料v2.1.4.2 有机高分子湿敏材料有机高分子湿敏材料v2.1.4.3 有机高分子气敏材料有机高分子气敏材料v2.1.4.4 有机高分子有机高分子压电材料材料表表 2 9 几种有代表性的高分子气体传感器几种有代表性的高分子气体传感器2.1.5 磁性材料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 图图 2 7 由磁畴位移和定向引起的铁磁材料的磁化由磁畴位移和定向引起的铁磁材料的磁化2.2 传感器的加工工艺传感器的加工工艺v2.2.1结构型构型传感器的加工工感器的加工工艺图图 2 8 应用不同的加工方法所能得到的加工精度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图 2 9悬臂梁式称重传感器悬臂梁式称重传感器2.2.1结构型传感器的加工工艺1弹性体的加工和性体的加工和处理理2应变计的粘的粘贴与固化与固化3组桥、布、布线卫性能性能检查4传感器的性能感器的性能补偿与老化与老化5防潮密封工防潮密封工艺6性能性能检测和和标定工定工艺2.2.1结构型传感器的加工工艺图图 2 10 电阻应变式传感器的防护密封结构示意图电阻应变式传感器的防护密封结构示意图2.2.2微机械加工工艺微机械加工工艺v2.2.2.1微微传感器与微机感器与微机电系系统图图 2 11 MEMS所涉及到的技术领域所涉及到的技术领域2.2.2.1微传感器与微机电系统图图 2 12 MEMS的应用的应用2.2.2微机械加工工艺微机械加工工艺v2.2.2.2 MEMS所用材料所用材料 1单晶硅与多晶硅晶硅与多晶硅图图 2 13单晶硅的硅胞及常用晶片单晶硅的硅胞及常用晶片2.2.2微机械加工工艺微机械加工工艺2氧化硅与氮化硅氧化硅与氮化硅3金属材料金属材料4光刻胶光刻胶图图 2 14 光刻胶用于平面光刻光刻胶用于平面光刻2.2.2微机械加工工艺微机械加工工艺v2.2.2.3传统超精密与特种加工技超精密与特种加工技术1.超精密机械加工超精密机械加工微微钻孔加工孔加工微微铣削加工削加工微微细磨削（超精密磨削）磨削（超精密磨削）微微细电火花加工火花加工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微机械加工工艺微机械加工工艺2.高能束微机械加工技高能束微机械加工技术激光束加工激光束加工电子束加工子束加工电子束加工子束加工图图 2 17 激光束加工示意激光束加工示意图图 2 18 热型电子束加工示意热型电子束加工示意2.2.2微机械加工工艺微机械加工工艺离子束加工离子束加工图图 2 19 非热型电子束加工示意非热型电子束加工示意2.2.2微机械加工工艺微机械加工工艺v2.2.2.4微机微机电系系统常用的集成常用的集成电路工路工艺1.薄膜成形薄膜成形氧化氧化图图 2 20 湿氧氧化法示意湿氧氧化法示意2.2.2.4微机电系统常用的集成电路工艺金属化金属化图图 2 21 真空蒸镀法示意真空蒸镀法示意 图图 2 22 溅射法示意溅射法示意 2.2.2.4微机电系统常用的集成电路工艺化学气相淀化学气相淀积图图 2 23 常压化学气相常压化学气相工艺装置的示意工艺装置的示意图图 2 24 等离子化学气等离子化学气相工艺装置的示意相工艺装置的示意2.2.2.4微机电系统常用的集成电路工艺外延外延旋涂法旋涂法2.厚膜工厚膜工艺图 225厚膜压力传感器工艺流程示意图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3.掺杂技技术扩散散杂质离子注入离子注入图图 2 26 离子注入机示意图离子注入机示意图2.2.2.4微机电系统常用的集成电路工艺4.光刻技光刻技术图图 2 27 光刻工艺流程光刻工艺流程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）光刻胶的涂布光刻胶的涂布前烘前烘曝光曝光显影影坚膜膜蚀刻（刻（湿法蚀刻、干法蚀刻）去胶（去胶（湿法去胶、干法去胶）