[发明专利]微型皮拉尼真空传感器及其制作方法

说明书

本发明提供了一种微型皮拉尼真空传感器及其制作方法，该微型皮拉尼真空传感器包括衬底，所述衬底上形成有凹槽；结构层，所述结构层覆盖凹槽的开口且与凹槽合围形成空腔；所述凹槽的至少一个侧壁上开设有连通空腔的入口；加热部件，设置在结构层上且与衬底相对的一侧；所述加热部件为采用连续的加热丝体螺旋围绕形成的螺旋状结构，并且加热丝体的宽度从加热部件的中心向外围呈线性逐渐减小。通过将加热部件设计为变参数的螺旋状结构，补偿不同加热区域的加热功率，优化加热部件热均匀性，提高气体分子从加热部件到热沉热运动方向的一致性，从而增加散热效率，获得具有高测量灵敏度和可检测较小真空度的皮拉尼真空传感器。

技术领域

本发明涉及微电子机械系统技术领域，具体涉及一种微型皮拉尼真空传感器及其制作方法。

背景技术

基于微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)微细加工工艺的皮拉尼真空传感器具有体积小、成本低、热响应快、测量范围广等优点，具有很广泛的应用。其基本原理是通过加热丝在不同真空度下热散失速率和周围气体压强之间的相关性实现真空度的测量。因此，其结构中通常包含加热体，通过给加热体施加电流对加热体进行加热，加热体通过和周围的气体进行对流换热进行散热。在不同的气压下，加热体的散热效率会跟随气压的变化而产生变化，进而表现为阻值的变化，通过对不同气压的加热体阻值的度量可以间接的进行真空度的测量。

现有的纵向结构的微薄膜型皮拉尼真空传感器中，其敏感结构多采用等结构参数多弯折的蛇状或等结构参数的螺旋回折结构，传统等宽螺旋结构和等参数多弯折结构，其自身结构是一个镂空结构的膜层，在边界处与衬底间通过悬臂梁、锚爪或其他方式进行接触支撑，由于各区域的加热功率恒定，加热区域靠近中间的部分的热只能通过周围的空气热传导、热辐射进行热量传输，而靠近外围部分的则会通过悬臂梁、结构层与支撑结构相接处界面的固体热传导等产生额外的热损失，这将导致整个加热膜层的温度由内到外存在一个正梯度分布，而不是一个均匀的温度场，造成空腔内气体分子热输运路径杂乱，散热效率低等问题，进一步限制了灵敏度的进一步提升。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种微型皮拉尼真空传感器及其制作方法，该微型皮拉尼真空传感器将位于加热部件下方的空腔作为与外界连通的腔体，在加热的情况下，空腔中的气体分子会在布朗运动下将热量传输至下层的热沉，而通过将加热部件设计为变参数的螺旋状结构，补偿不同加热区域的加热功率，优化加热部件热均匀性，提高气体分子从加热部件到热沉热运动方向的一致性，从而增加散热效率，进而提升传感器的灵敏度，以解决现有技术中皮拉尼真空传感器散热效率低而阻碍其灵敏度的提升的技术问题。

根据一个或多个实施例，一种微型皮拉尼真空传感器包括：

衬底，所述衬底上形成有凹槽；

结构层，所述结构层覆盖所述凹槽的开口且与所述凹槽合围形成空腔；所述凹槽的至少一个侧壁上开设有连通所述空腔的入口；

加热部件，设置在所述结构层上且与所述衬底相对的一侧；

所述加热部件为采用连续的加热丝体螺旋围绕形成的螺旋状结构，并且所述加热丝体的宽度从所述加热部件的中心向外围呈线性逐渐减小。

根据一个或多个实施例，一种微型皮拉尼真空传感器的制作方法包括以下步骤：

提供衬底；

在所述衬底上形成结构层；

在所述结构层上形成加热部件；并且所述加热部件呈螺旋状结构；

采用湿法腐蚀工艺以使所述结构层与所述衬底之间形成具有入口的空腔。