一种Pt微薄膜加热器的仿真优化设计和沸腾实验研究

发布时间：2021-08-06 01:20

　　随着科学技术的日益发展,人们对传热学的研究也渐渐从宏观向微观转移,鉴于对微加热器局部温度场控制的高要求,本文针对基于Pt薄膜的MEMS（micro electro mechanical system）技术,设计了相同材料,三种不同形状,特征尺寸在3-100μm的Pt薄膜电阻微加热器。通过对微加热器的有限元仿真分析,得出三种不同设计中聚能最强温升最快的一种形状的微加热器,并在此基础上完成了工艺设计和微加工。最后,建立实验系统,开展了在该微加热器上瞬态脉冲沸腾现象的初步研究,其主要内容如下:首先,在文献调研的基础上设计出三种形状不一样的微加热器,分别为条形、哑铃形和蛇形,然后通过ANSYS模拟仿真软件对这三种不同形状的微加热器进行热分析,建立3D仿真模型,分析其瞬态传热的过程。由此对比了三种形状不同的微加热器中,哑铃结构微加热器具有热响应速度快,局部聚能明显等优点。不仅如此,通过分析模拟仿真结果,提出对面型微薄膜加热器结构的优化,其中包括:1)对衬底材料的选择、2)增大Pt薄膜微加热器和衬底层之间起绝缘作用的SiO₂层的厚度、3)在Pt薄膜结构方面进行改变,将面型Pt... 

【文章来源】：武汉工程大学湖北省

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图2-1条形薄膜微加热器结构示意图

加热器的形状来研究微加热器短时间的瞬态导热过程。现拟定三进行讨论。（1）第一种形状为简单条形结构的微加热器，设计尺寸为：4μm2。图 2-1 条形薄膜微加热器结构示意图（2）第二种为哑铃型形状设计，整体尺寸没有改变，只是中不条形结构处改成尺寸为：10 × 3 μm2。

图 2-3 蛇形薄膜微加热器结构示意图根据上面章节介绍，本次设计 Pt 薄膜微加热器的整体结构由三分组成，最上层的 Pt 薄膜微加热器层，层厚为 0.2μm；中间是起缘作用的二氧化硅层，层厚在 1μm ~ 10μm 之间；基底以 Si 为材衬底层，层厚可以根据加工工艺要求设定，可以介于微米级与毫米间。图 2-1 Pt 薄膜微加热器结构示意图


本文编号：3324788