集成式MEMS-FAIMS芯片设计与工艺技术研究

发布时间：2017-05-24 17:03

  本文关键词：集成式MEMS-FAIMS芯片设计与工艺技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：基于环境监测、机场安检、战场分析等条件下对便携式物质分析仪器的迫切需求,该芯片正如上述的实际情况所需要的那样,具有微型化、高分辨率、便携式、实时监测、灵敏度高、功耗小等优点,受到各国研究机构的青睐。本文介绍了FAIMS传感器工作原理,设计了FAIMS传感器芯片,离子与载气分子的相互作用模型,对采用MEMS工艺加工FAIMS芯片敏感头进行了工艺设计与制作。首先从离子迁移率的理论的介绍引出低场离子迁移率和高场迁移率的介绍。利用离子与载气分子的相互作用模型的建立,进而提出了FAIMS迁移管的工作原理,分析基于MEMS技术的FAIMS芯片的优势。然后通过对基于MEMS的集成式FAIMS芯片的系统的了解,对FAIMS平板迁移区设计的分析,设计出FAIMS迁移管的尺寸,提出了基于MEMS的集成式FAIMS芯片设计方案。通过对离子迁移率的理论推导以及离子与载气分子的相互作用模型的建立,进而提出了FAIMS迁移管的工作原理,分析了基于MEMS技术的FAIMS芯片的优势;结合基于MEMS的集成式FAIMS芯片设计方案,设计出工艺流程和光刻掩膜版图,并对所涉及的关键工艺进行了研究,已达到该芯片的设计要求,最后完成了芯片的加工与制造;利用设计出的掩模版图完成了芯片的加工与制造,并对所制造出的芯片进行了尺寸测试,与设计几乎无异。
【关键词】：高场不对称波形离子迁移谱 离子迁移率 MEMS工艺
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 离子迁移谱技术简介9-10
• 1.3 FAIMS离子迁移技术的国内外研究现状10-13
• 1.4 MEMS-FAIMS芯片的优势13-15
• 1.5 本论文的研究内容15-16
• 第二章 FAIMS传感器工作原理16-25
• 2.1 离子迁移率16-18
• 2.1.1 低场离子迁移率17
• 2.1.2 高场离子迁移率17-18
• 2.2 离子与载气分子的相互作用模型18-20
• 2.2.1 刚性球模型18-19
• 2.2.3 极化极限模型19-20
• 2.2.4 硬核势能模型20
• 2.3 FAIMS工作原理20-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 FAIMS传感器的芯片设计25-41
• 3.1 离子源的选择26-27
• 3.2 FAIMS平板迁移区设计27-32
• 3.2.1 迁移区内的击穿电压28-29
• 3.2.2 迁移区内平行板的形变分析及仿真29-32
• 3.3 FAIMS迁移管尺寸的研究32-40
• 3.3.1 电离之后到达迁移区的比例系数32-33
• 3.3.2 离子通过迁移区的比例系数33-36
• 3.3.3 离子复合比例系数36-38
• 3.3.4 验证FAIMS迁移管的尺寸设计的合理性38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 FAIMS芯片敏感头的工艺研究41-62
• 4.1 FAIMS芯片敏感头的工艺流程简介41-45
• 4.1.1 玻璃的微加工设计42-43
• 4.1.2 硅的微加工设计43-44
• 4.1.3 硅玻璃键合后整体的微加工设计44-45
• 4.2 FAIMS芯片敏感头的关键工艺45-55
• 4.2.1 玻璃通孔互连工艺45-49
• 4.2.2 阳极键合工艺49-52
• 4.2.3 硅深刻蚀工艺52-55
• 4.3 FAIMS芯片敏感头的光刻掩模版图设计55-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第五章 FAIMS芯片敏感头的制作62-79
• 5.1 玻璃结构制作工艺62-72
• 5.1.1 玻璃正面刻蚀浅槽、背面划片槽62-69
• 5.1.2 玻璃正面加工深槽、玻璃背面打孔69-70
• 5.1.3 玻璃正面腐蚀电极70-72
• 5.2 硅结构制作工艺72-75
• 5.2.1 硅正面刻蚀划片槽72-74
• 5.2.2 硅背面蒸发金属电极74
• 5.2.3 硅正面刻蚀迁移区74-75
• 5.3 硅玻璃结合后制作工艺75-77
• 5.3.1 阳极键合工艺75-76
• 5.3.2 玻璃背面剥离焊盘76
• 5.3.3 芯片进行退火、划片76-77
• 5.4 FAIMS芯片的尺寸测试77-78
• 5.4.1 玻璃部分77
• 5.4.2 硅部分77-78
• 5.5 本章小结78-79
• 第六章 总结79-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士期间学术成果情况84-85
• 致谢85-86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 高方园;张维冰;关亚风;张玉奎;;电喷雾离子源原理与研究进展[J];中国科学:化学;2014年07期

2 林斯佳;梁庭;李颖;高利聪;周雷刚;;减薄抛光对钽酸锂晶体热释电系数影响研究[J];传感器与微系统;2013年10期

3 李华;王晓浩;唐飞;张亮;杨吉;吝涛;丁力;;一种微型FAIMS传感器芯片的研制[J];物理化学学报;2010年05期

4 郭成海;曹树亚;张国胜;杨柳;潘勇;;离子迁移谱技术研究和应用进展[J];生命科学仪器;2008年07期

5 王志刚;熊继军;张文栋;;高场非对称波形离子迁移谱仪的初步研究[J];微纳电子技术;2008年03期

6 郑长波;徐惠敏;杨恒;齐曙光;;离子束溅射沉积薄膜技术概述[J];实验室科学;2007年04期

7 邵士勇;李芳;李海洋;;光电离／离子迁移谱技术研究[J];大气与环境光学学报;2007年01期

8 贾建;郭会勇;高晓光;何秀丽;李建平;;漂移管工作温度对离子迁移率谱的影响[J];分析化学;2006年12期

9 汪雷;ZnO薄膜生长技术的最新研究进展[J];材料导报;2002年09期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 刘友江;高分辨高场不对称波形离子迁移谱[D];中国科学技术大学;2015年

2 陈池来;二维高集成高场不对称波形离子迁移谱[D];中国科学技术大学;2011年

3 林丙涛;高场不对称波形离子迁移谱技术研究[D];中国科学技术大学;2010年

  本文关键词：集成式MEMS-FAIMS芯片设计与工艺技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：391388