專利名稱：一種垂直結(jié)構(gòu)場發(fā)射微機械溫度傳感器結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種垂直結(jié)構(gòu)場發(fā)射微機械溫度傳感器結(jié)構(gòu)，尤其是采用體硅微機械加工技術(shù)實現(xiàn)的垂直錐尖場發(fā)射結(jié)合表面微機械エ藝釋放形成的溫度傳感器結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
溫度傳感器是應(yīng)用范圍極其廣泛，其類型也非常多。如傳統(tǒng)的熱電偶、熱敏電阻、 水銀或酒精溫度計和半導體溫度傳感器等。傳統(tǒng)的熱電偶、熱敏電阻等結(jié)構(gòu)簡単，成本低。 但測量精度有一定限制。半導體溫度傳感器具有靈敏度高、體積小、功耗低、時間常數(shù)小、自熱溫升小、抗干擾能力強等諸多優(yōu)點，但其工作溫度范圍窄(-55 150で左右)，難以應(yīng)用到ー些特殊低溫應(yīng)用領(lǐng)域如探空儀等。微機電系統(tǒng)的發(fā)展為溫度傳感器的設(shè)計提供了新途徑。該技術(shù)具有在微米甚至亞微米級進行復(fù)雜精細加工的能力。因此采用微機械方法設(shè)計新型溫度傳感器以滿足特殊領(lǐng)域的需要成為目前的ー個技術(shù)發(fā)展方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的溫度傳感器結(jié)構(gòu)簡單的測量精度低，測量精度高的，工作溫度范圍窄，難以應(yīng)用到ー些特殊低溫應(yīng)用領(lǐng)域。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種垂直結(jié)構(gòu)場發(fā)射微機械溫度傳感器結(jié)構(gòu)，其特征是包括臺階狀的襯底、覆蓋在襯底上表面的絕緣層、懸臂梁和尖端陰極；懸臂梁一端與臺階上層的絕緣層連接，另一端為自由端，處于懸空狀態(tài)；尖端陰極位于臺階下層的絕緣層上，其尖端位于懸臂梁的自由端下部，兩者間隙設(shè)置；所述懸臂梁為雙層結(jié)構(gòu)，上下兩層材質(zhì)為金屬，且兩種金屬材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)不等。工作吋，當在懸臂梁與尖端陰極之間加ー合適的正電壓時，將在尖端陰極處產(chǎn)生尖端放電現(xiàn)象，形成電子發(fā)射，也即場發(fā)射。該發(fā)射電流的大小取決于懸臂梁和尖端間距的長短；環(huán)境溫度的變化會導致由雙層具有不同熱膨脹系數(shù)材料構(gòu)成的懸臂梁產(chǎn)生彎曲，從而改變了懸臂梁和尖端陰極的間距，進而使發(fā)射電流發(fā)生改變；通過測量該發(fā)射電流的大小就可反應(yīng)環(huán)境溫度的變化。本發(fā)明的優(yōu)點是制造エ藝簡単，靈敏度高，溫度測量范圍寬，可以在零下80度低溫下工作，采用微機械加工，可批量生產(chǎn)器件，使成本降低和一致性等性能得到提高。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的制作流程示意圖(過程一)。圖3為本發(fā)明的制作流程示意圖(過程ニ)。圖4為本發(fā)明的制作流程示意圖(過程三)。圖5為本發(fā)明的制作流程示意圖(過程四)。
圖6為本發(fā)明的制作流程示意圖(過程五)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。如圖1所示，本發(fā)明包括臺階狀的襯底1、覆蓋在襯底1上表面的絕緣層2、懸臂梁 4和尖端陰極3 ；懸臂梁4 一端與臺階上層的絕緣層2連接，另一端為自由端，處于懸空狀態(tài)；尖端陰極3位于臺階下層的絕緣層2上，其尖端位于懸臂梁4的自由端下部，兩者處于垂直狀態(tài)上的間隙設(shè)置；所述懸臂梁4為雙層結(jié)構(gòu)，上下兩層均為金屬材質(zhì)，且材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)不等。工作時，當懸臂梁4和尖端陰極3之間加一合適的正向電壓時，尖端陰極3的尖端處電場集中，將發(fā)生場發(fā)射。該發(fā)射電流滿足F-N公式
權(quán)利要求
1. ー種垂直結(jié)構(gòu)場發(fā)射微機械溫度傳感器結(jié)構(gòu)，其特征是包括臺階狀的襯底、覆蓋在襯底上表面的絕緣層、懸臂梁和尖端陰極；懸臂梁一端與臺階上層的絕緣層連接，另一端為自由端，處于懸空狀態(tài)；尖端陰極位于臺階下層的絕緣層上，其尖端位于懸臂梁的自由端下部，兩者間隙設(shè)置；所述懸臂梁為雙層結(jié)構(gòu)，上下兩層材質(zhì)為金屬，且兩種金屬材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)不等。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種垂直結(jié)構(gòu)場發(fā)射微機械溫度傳感器結(jié)構(gòu)，其特征是包括臺階狀的襯底、覆蓋在襯底上表面的絕緣層、懸臂梁和尖端陰極；懸臂梁一端與臺階上層的絕緣層連接，另一端為自由端，處于懸空狀態(tài)；尖端陰極位于臺階下層的絕緣層上，其尖端位于懸臂梁的自由端下部，兩者間隙設(shè)置；所述懸臂梁為雙層結(jié)構(gòu)，上下兩層材質(zhì)為金屬，且兩種金屬材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)不等。本發(fā)明制造工藝簡單，靈敏度高，溫度測量范圍寬，可以在零下80度低溫下工作，采用微機械加工，可批量生產(chǎn)器件，使成本降低和一致性等性能得到提高。
文檔編號G01K5/48GK102564623SQ20111044750
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者秦明, 蔡春華 申請人:東南大學