CN107037079B - 一种支撑梁式mems复合传感器及其制备和测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种支撑梁式MEMS流体热导率和热扩散系数传感器及其制备和测试方法，加热器设置在基底的上表面中央，焊盘位于基底上表面加热器的旁边，和加热器连接，绝缘层薄膜覆盖在加热器、焊盘和基底之上，绝缘层薄膜上在加热器两侧开有空腔，基体底部开有背腔，形成支撑梁结构。加热器同时作为温度传感器；加热器为细长带状结构，分别由四根引线连接加热器与焊盘。传感器利用背腔使待测流体作为基底，可直接对待测流体热导率和热扩散率进行测量，简化了测试流程。本发明所提出的传感器可用于测量导电和非导电微量液体的热导率及热扩散系数。

Description

一种支撑梁式MEMS复合传感器及其制备和测试方法

技术领域

本发明属于测量热导率和热扩散系数的传感器技术领域，具体涉及一种支撑梁式MEMS流体热导率和热扩散系数传感器及其制备和测试方法。

背景技术

热导率和热扩散系数是物质重要的热物性参数，国际上对于热导率和热扩散系数的测量和应用都进行了深入的研究。近年来，随着纳米科技、MEMS(Micro Electro-mechanical Systems,微型机械电子系统)、低维材料、纳米生物科技等高新技术的迅速发展，许多研究对象已进入亚微米甚至纳米尺度，对小体积液体样品热物性参数的测量需求增加。

常用液体热导率和热扩散系数测量方法有稳态法和瞬态法，稳态法测量时间长，流体会产生对流，误差大。热线法作为常用瞬态法运用广泛，采用直流热线对液体加热，测量热线温升变化，根据传热数学模型和温度变化的理论公式计算出被测试样的热导率和热扩散系数。但液体和热丝之间的温差会引起液体的自然对流，并且热丝浸泡在待测液体之中，对液体的需求量大。

通过对热丝通交流电的3ω谐波测量方法可有效改善液体对流现象，但被测液体量依旧很大。3ω法可与MEMS技术相结合，可有效减小被测液体体积。采用3ω法测量流体热导率时，温度波动被控制在1K之内，可以有效地减小对流和辐射的影响。与传统的热物性表征方法相比较，3ω方法的一个显著的特点是利用探测器温升的频域特性关系推导热物性参数，这一特点使得3ω方法响应信号强、测量热导率上限高。但是，对于导电液体的测量，附加的绝缘层薄膜会增加测量误差，特别是当测量频率太大时，热渗透深度变小，绝缘层薄膜对测量结果的影响会更大。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种支撑梁式MEMS流体热导率和热扩散系数传感器及其制备和测试方法，该传感器的测量精度高，效果好；测试方法简化，操作方便。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种支撑梁式MEMS流体热导率和热扩散系数传感器，包括基底，在基底的上、下表面均设有复合支撑薄膜层，在基底上表面的复合支撑薄膜层上设有加热器和焊盘，加热器和焊盘通过引线相连；在基底上表面的复合支撑薄膜层上方还设有绝缘层薄膜，绝缘层薄膜覆盖加热器和焊盘；

在加热器两侧复合支撑薄膜层及绝缘层薄膜的厚度方向上分别通过刻蚀形成一个绝热沟槽，两个绝热沟槽之间未刻蚀部分形成一个薄膜支撑梁；在绝热沟槽开设位置下方的基底及基底下表面复合支撑薄膜层的厚度方向上通过湿法腐蚀形成一个背腔，绝热沟槽与背腔相通形成通孔。

所述复合支撑薄膜层包括二氧化硅薄膜层和氮化硅薄膜层，二氧化硅薄膜层与基底上、下表面接触；二氧化硅薄膜层和氮化硅薄膜层厚度均为100～200nm。

所述焊盘包括第一焊盘、第二焊盘、第三焊盘和第四焊盘；第一焊盘和第四焊盘分别与加热器的两端相连，第二焊盘和第三焊盘通过引线分别与加热器中段相连。

所述基底由硅制成，厚度为0.2～0.5μm；绝缘层薄膜由二氧化硅或氮化硅制成，厚度为100～200nm；

加热器为线状金属带，宽20μm，长为1.8mm，厚50～200nm；加热元件部分长0.8mm。

绝热沟槽为长方体，长0.7mm、宽0.3mm，高度等于复合支撑薄膜层与其上方的绝缘层薄膜厚度之和。

背腔长1.8mm、宽1.8mm，高度等于基底与其下方的复合支撑薄膜层厚度之和。

加热器和焊盘均采用金属材料Pt。

本发明还公开了上述支撑梁式MEMS流体热导率和热扩散系数传感器的制备方法，包括以下步骤：

1)抛光基底的上下表面，将基底先后浸没在丙酮、酒精和去离子水中进行超声波清洗；

2)双面氧化基底，得到双面二氧化硅薄膜层，再采用低压气相沉积法在双面二氧化硅薄膜层上继续沉积氮化硅薄膜层，制得复合支撑薄膜层；

3)清洗后，在正面氮化硅薄膜层的上表面旋涂一层光刻胶，使用第一块掩膜版，经曝光、烘烤、显影形成加热器的图形，在基底上先溅射一层Cr黏附层，然后溅射一层Pt金属层，最后去胶，形成加热器；

4)再进行一次光刻工艺，在基底上表面旋涂一层光刻胶，使用第二块掩膜版，经过曝光、烘烤、显影形成焊盘和引线的图形，先溅射一层Cr黏附层，然后溅射一层Pt金属层，最后去胶，形成焊盘和引线；

5)采用等离子增强化学气相沉积法在加热器、焊盘及引线上沉积一层绝缘层薄膜；

6)使用第二块掩膜版进行基底背面光刻，反应离子腐蚀背面复合支撑薄膜层，形成背腔的开孔图形，然后采用KOH或者四甲基氢氧化铵湿法工艺刻蚀背腔；

7)使用第三块掩膜版进行正面光刻形成绝热沟槽的图形，反应离子刻蚀直至刻穿正面复合支撑薄膜层，形成薄膜支撑梁；

8)使用第三块掩膜版，在基底正面旋涂一层光刻胶，经过曝光、烘烤、显影形成引线图案和绝热沟槽正面图案，采用等离子体刻蚀技术刻蚀绝缘层薄膜和绝热沟槽正面，露出焊盘，并形成绝热沟槽。

本发明还公开了采用上述的传感器测试流体导热系数的方法，包括以下步骤：

1)将传感器放入恒温箱，调节恒温箱测试温度，从10℃到50℃，每次温升5℃，测量9种不同温度下加热器的电阻值，由温度和电阻值对应变化计算得到加热器的电阻温度系数k；

2)将支撑梁式MEMS流体热导率和热扩散系数传感器置于待测液体中，并连接至测量电路；

测量电路包括电阻箱、信号发生器及锁相放大器；传感器与电阻箱串联后信号接地，信号发生器输出交流信号通过第一焊盘和第四焊盘激励加热器，信号发生器能够为锁相放大器提供频率参考；加热器的信号输出由第二焊盘和第三焊盘通过一个差分放大器输入双通道锁相放大器的一个输入接口，变阻箱的信号输出通过另一个差分放大器后输入锁相放大器的另一个输入接口；

测量时，开启设备，设置信号发生器的输出频率ω为1Hz，锁相放大器采集频率为1Hz的信号，调节变阻箱阻值，使锁相放大器采集到的加热器和变阻箱的频率为1Hz的电压信号之差为零，即利用四焊盘测量法使变阻箱阻值等于加热器阻值，由锁相放大器读取加热器的单通道输入下频率为1Hz的电压输出V_ω1；

固定变阻箱阻值，控制信号发生器从1Hz扫频到10kHz，当信号发生器的输出频率为1ω时，锁相放大器采集频率为3ω电压输出信号，获得加热器的3ω频率的电压分量的实部V_ω3；

通过如下公式，求得待测流体的热导率λ_l：

其中，ω为加热谐波角频率，P表示加热器的交流功率，k为加热器的电阻温度系数；T_real是温度波动的实部；R_b是加热器被测电压段的电阻；V_ω1和V_ω3分别是加热器工作时角频率为1ω和3ω锁相放大器测得的实部电压有效值；

通过如下公式，求得待测流体的热扩散系数α_l：

其中，b为加热器的半宽，l为加热器的长度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的支撑梁式MEMS流体热导率和热扩散系数传感器，包括基底，加热器设置在基底的上表面，焊盘位于基底上表面与加热器连接，绝缘层薄膜覆盖在加热器、焊盘和基底之上，在加热器两侧开有绝热沟槽，基体底部开有背腔，绝热沟槽与背腔相通形成通孔，两个绝热沟槽之间未刻蚀部分形成一个薄膜支撑梁结构。加热器同时作为温度传感器，传感器利用背腔使待测流体作为基底，可直接对待测流体热导率和热扩散率进行测量，简化了测试流程。具体优势如下：

1、由于绝热沟槽和背腔的存在，可以减小热量沿支撑薄膜的横向传播以及在基体中的传播，使得加热器产生的热量几乎完全扩散在待测液体中，提高实验精度。

2、本发明结合了MEMS技术和3ω测量的优点。温升小，所需被测液体少，理论所需最小流体为1μL；绝缘层薄膜覆盖在加热器上，阻断加热器与被测液体直接接触，因此传感器可测导电液体；并且能够同时测量被测液体的热导率和热扩散系数。

2、由于受到测量电路和差动放大模块响应速度的限制，测量系统一般采用的三次谐波探测频率要小于几千赫兹。频率较低时，绝缘层薄膜温升相对于被测液体温升变小，可以减小绝缘层薄膜的影响，提高测量精度。

4.传统3ω斜率法需要知道基底的热导率和热扩散率，本方法使用待测流体充满背腔，以待测流体作为基底，简化了测量准备过程。

附图说明

图1为本发明的传感器结构示意图。

图2为本发明的加热器示意图。

图3为本发明传感器整体正面示意图。

图4为本发明传感器整体背面示意图。

图5为本发明传感器去除绝缘层结构示意图。

图6为本发明的测量电路图。

图7为本发明制作工艺图。

其中，1为基底；2为二氧化硅薄膜层；3为氮化硅薄膜层；4为加热器；5为绝缘层薄膜；6为焊盘，6-1为第一焊盘，6-2为第二焊盘，6-3为第三焊盘，6-4为第四焊盘；7为绝热沟槽；8为背腔；9为引线；10为薄膜支撑梁。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参照图1，本发明公开的支撑梁式MEMS流体热导率和热扩散系数传感器，包括基底1，包括基底1，在基底1的上、下表面均设有复合支撑薄膜层，在基底1上表面的复合支撑薄膜层上设有加热器4和焊盘6，加热器4和焊盘6通过引线9相连；在基底1上表面的复合支撑薄膜层上方还设有绝缘层薄膜5，绝缘层薄膜5覆盖加热器4和焊盘6；

在加热器4两侧复合支撑薄膜层及绝缘层薄膜5的厚度方向上分别通过刻蚀形成一个绝热沟槽7，两个绝热沟槽7之间未刻蚀部分形成一个薄膜支撑梁10；在绝热沟槽7开设位置下方的基底1及基底1下表面复合支撑薄膜层的厚度方向上通过湿法腐蚀形成一个背腔8，绝热沟槽7与背腔8相通形成通孔，加热器4同时作为温度传感器。

优选地，所述复合支撑薄膜层包括二氧化硅薄膜层2和氮化硅薄膜层3，二氧化硅薄膜层2与基底1上、下表面接触；二氧化硅薄膜层2和氮化硅薄膜层3厚度均为100～200nm。

基底1由硅制成，厚度为0.2～0.5μm；绝缘层薄膜5由二氧化硅或氮化硅制成，厚度为100～200nm；加热器4为线状金属带，宽20μm，长为1.8mm，厚50～200nm；加热元件部分长0.8mm。加热器4和焊盘6均采用金属材料Pt。

绝热沟槽7为长方体，长0.7mm、宽0.3mm，高度等于复合支撑薄膜层与其上方的绝缘层薄膜5厚度之和。背腔8长1.8mm、宽1.8mm，高度等于基底1与其下方的复合支撑薄膜层厚度之和。

参见图2，焊盘6包括第一焊盘6-1、第二焊盘6-2、第三焊盘6-3和第四焊盘6-4；第一焊盘6-1和第四焊盘6-4分别与加热器4的两端(起始端)相连，第二焊盘6-2和第三焊盘6-3通过引线9分别与加热器4中段相连。详细结构，参见图3、4、5。

参照图7，本发明的支撑梁式MEMS流体热导率和热扩散系数传感器的制备工艺为：

1)抛光硅基底的上下表面，硅片先后浸没在丙酮、酒精和去离子水中进行超声波清洗；

2)双面氧化硅基底，得到双面SiO₂层；

3)采用低压气相沉积法(LPCVD)工艺在双面SiO₂层上继续沉积Si₃N₄层；

4)清洗后，在正面Si₃N₄层的上表面旋涂一层光刻胶，使用第一块掩膜版，经过曝光、烘烤、显影形成加热器的图形，在硅片上先溅射一层5nm厚的Cr黏附层，然后溅射一层100nm厚的Pt金属层，最后去胶，形成加热器；

5)再进行一次光刻工艺，硅基底上表面旋涂一层光刻胶，使用第二块掩膜版，经过曝光、烘烤、显影形成焊盘和引线的图形，先溅射一层5nm厚的Cr黏附层，然后溅射一层100nm厚的Pt金属层，最后去胶，形成加热器、焊盘和引线；

6)采用等离子增强化学气相沉积技术(PECVD)在加热器、焊盘及引线9上沉积一层200nm厚的氮化硅绝缘层薄膜；

7)使用第二块掩膜版进行硅基底背面光刻，反应离子腐蚀(RIE)背面SiO₂/Si₃N₄复合支撑薄膜层，形成背腔的开孔图形，采用KOH或者四甲基氢氧化铵(TMAH)湿法工艺刻蚀背腔，自停止腐蚀至正面SiO₂薄膜层。使用第三块掩膜版进行正面光刻形成长方体绝热沟槽的图形，反应离子腐蚀(RIE)直至刻穿正面SiO₂/Si₃N₄复合支撑薄膜层，形成薄膜支撑梁；

8)使用第三块掩膜版，在硅基底正面旋涂一层光刻胶，经过曝光、烘烤、显影形成引线孔图案和正面的绝热沟槽正面图案，采用等离子体刻蚀技术刻蚀氮化硅绝缘层薄膜和绝热沟槽正面，露出焊盘，并形成绝热沟槽。

本发明的工作原理为：

加热器4在角频率为ω的交流电流驱动下，产生一个交流的热流，分别向加热器上下待测液体两个方向传递，加热器4产生角频率为2ω的温度波动，这个温度波动的幅值和相位与加热器4和被测液体的热物性参数有关。在小温度变化范围内，加热器4的电阻温度系数与温度成线性关系，因此，其电阻值也以2ω的角频率变化。频率为ω的交流电流与频率为2ω的电阻波动作用产生角频率为3ω的三次谐波电压，其中包含与被测液体热物性参数有关的信息，用锁相放大器将该信号提取出来。为测量导电流体的热物性参数，加热器4与被测液体之间加了一层绝缘层薄膜5，绝缘层薄膜对测量结果会产生较大影响。为此，在加热器4两侧刻蚀出绝热沟槽7，以减小绝缘层薄膜的影响。

改变通电电流角频率ω，基底1与被测液体中扩散热波的波长将会发生改变，加热器4的温度变化振幅也将发生改变。扩散热波的波长大小为q^-1：

也称为热渗透深度，式中，α为热扩散系数；i是虚数单位；ω为加热谐波角频率。

当基底1中的热渗透深度q_S ^-1与被测液体中的热渗透深度q_L ^-1分别小于基底1和被测液体的厚度时，基底1和被测液体可以看作半无限大，设加热器4的宽度是2b。

当q_Sb＜＜1且q_Lb＜＜1，即基底1中的热渗透深度与被测液体中的热渗透深度同时远大于加热器半宽b时：

式中，λ_l、λs分别是被测液体和基底1的热导率；P表示加热器4的交流功率；T_real是温度波动的实部；R_b是加热器4被测电压段的电阻；k为加热器的电阻温度系数；V_ω1和V_ω3分别是加热器4工作时角频率为1ω和3ω锁相放大器测得的实部电压有效值。

以锁相放大器输出的3ω实部电压有效值为纵坐标，角频率对数为横坐标，则所得曲线的斜率与被测液体的热导率相对应。

又因为本设计结构中背腔的作用相当于使得被测液体成为了基底，即λ_l＝λs，故(2)式可写为：

当q_Sb＞＞1且q_Lb＞＞1，温度波动复数可近似为：

式中，α_l和α_S分别是被测液体和基底1的热扩散系数；b为加热器4的半宽，l为加热器的长度。同理，也因本设计结构中被测液体即为基体，(4)式可写为：

上式为高频情况下的温度波动，一般大于几千赫兹，上式(4)才成立。由于受到测量电路和差动放大模块响应速度的限制，测量系统一般采用的三次谐波探测频率要小于几千赫兹，且当频率较大时，绝缘层薄膜对温度波动结果影响较大，所以测试频率不能过大。此时，被测液体的热扩散系数：

基于支撑梁式加热器的MEMS热导率和热扩散系数传感器的测试步骤为：

1)基础标定：将传感器放入恒温箱，调节恒温箱测试温度，从10℃到50℃，每次温升5℃，测量9种不同温度下加热器4的电阻值，由温度和电阻值对应变化计算得到加热器4的电阻温度系数k；

2)将传感器置于待测流体中，传感器加热器4浸入流体，此时传感器周围都充满流体，包括绝热沟槽7、背腔8，但需要注意焊盘6不应接触液体，以免造成电泄漏。连接如图6的测试电路图，信号发生器输出交流信号通过第一焊盘6-1和第四6-4激励加热器4，传感器同时串联一个变阻箱，之后信号接地。传感器的加热器4部分的信号输出由第二焊盘6-2和第三焊盘6-3通过差分放大器输入双通道锁相放大器的一个输入接口，加热器的信号输出也通过差分放大器后输入锁相放大器的另一个输入接口。信号发生器同时为锁相放大器提供频率参考。开启所有设备后，首先设置信号发生器的输出频率为1Hz，锁相放大器采集频率为1Hz的信号，调节变阻箱阻值R_c，使锁相采集到的加热器4和变阻箱的频率为1Hz的电压信号之差(V_ω1-V_Rc)为零,即利用使用四焊盘测量法使变阻箱阻值等于加热器4阻值R_b。此时由锁相放大器读取加热器4的单通道输入下频率为1Hz的电压输出V_ω1。固定住变阻箱阻值，使用PC数据采集程序通过GPIB接口控制信号发生器从1Hz扫频到10kHz，当信号发生器的输出频率为1ω时，锁相放大器采集频率为3ω电压输出信号，最终获得加热器4的V_ω3信号随频率变化的数据；然后即可根据上步骤中获得的数据利用上述原理部分推导的公式3和公式6对该待测流体的热导率和热扩散率进行测量。

之后，用丙酮、酒精去离子水等把传感器上残余的参考液体洗干净，烘干；将传感器置入其他被测液体，重复测试步骤2)，即可对新一种被测流体的导热系数进行测量。

本发明提出的传感器能够达到如下主要技术指标：

1、测量介质：导电和非导电液体；

2、测量范围：0.1-10W/(m·K)；

3、测量精度：优于±1％FS；

4、工作温度0～100℃。

综上所述，本发明公开的基于3ω法的支撑梁式MEMS流体热导率和热扩散系数传感器，加热器设置在基底的上表面中央，焊盘位于基底上表面加热器的旁边，和加热器连接，绝缘层薄膜覆盖在加热器、焊盘和基底之上，绝缘层薄膜上在加热器两侧开有空腔，基体底部开有背腔，形成支撑梁结构。加热器同时作为温度传感器；加热器为细长带状结构，分别由四根引线连接加热器与焊盘。传感器利用背腔使待测流体作为基底，可直接对待测流体热导率和热扩散率进行测量，简化了测试流程。本发明所提出的传感器可用于测量导电和非导电微量液体的热导率及热扩散系数。

Claims (9)

1.一种支撑梁式MEMS流体热导率和热扩散系数传感器，其特征在于，包括基底(1)，在基底(1)的上、下表面均设有复合支撑薄膜层，在基底(1)上表面的复合支撑薄膜层上设有加热器(4)和焊盘(6)，加热器(4)和焊盘(6)通过引线(9)相连；在基底(1)上表面的复合支撑薄膜层上方还设有绝缘层薄膜(5)，绝缘层薄膜(5)覆盖加热器(4)和焊盘(6)；

在加热器(4)两侧复合支撑薄膜层及绝缘层薄膜(5)的厚度方向上分别通过刻蚀形成一个绝热沟槽(7)，两个绝热沟槽(7)之间未刻蚀部分形成一个薄膜支撑梁(10)；在绝热沟槽(7)开设位置下方的基底(1)及基底(1)下表面复合支撑薄膜层的厚度方向上通过湿法腐蚀形成一个背腔(8)，绝热沟槽(7)与背腔(8)相通形成通孔。

2.根据权利要求1所述的支撑梁式MEMS流体热导率和热扩散系数传感器，其特征在于，所述复合支撑薄膜层包括二氧化硅薄膜层(2)和氮化硅薄膜层(3)，二氧化硅薄膜层(2)与基底(1)上、下表面接触；二氧化硅薄膜层(2)和氮化硅薄膜层(3)厚度均为100～200nm。

3.根据权利要求1所述的支撑梁式MEMS流体热导率和热扩散系数传感器，其特征在于，所述焊盘(6)包括第一焊盘(6-1)、第二焊盘(6-2)、第三焊盘(6-3)和第四焊盘(6-4)；第一焊盘(6-1)和第四焊盘(6-4)分别与加热器(4)的两端相连，第二焊盘(6-2)和第三焊盘(6-3)通过引线(9)分别与加热器(4)中段相连。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的支撑梁式MEMS流体热导率和热扩散系数传感器，其特征在于，所述基底(1)由硅制成，厚度为0.2～0.5μm；绝缘层薄膜(5)由二氧化硅或氮化硅制成，厚度为100～200nm；

加热器(4)为线状金属带，宽20μm，长为1.8mm，厚50～200nm；加热元件部分长0.8mm。

5.根据权利要求1～3中任意一项所述的支撑梁式MEMS流体热导率和热扩散系数传感器，其特征在于，绝热沟槽(7)为长方体，长0.7mm、宽0.3mm，高度等于复合支撑薄膜层与其上方的绝缘层薄膜(5)厚度之和。

6.根据权利要求1～3中任意一项所述的支撑梁式MEMS流体热导率和热扩散系数传感器，其特征在于，背腔(8)长1.8mm、宽1.8mm，高度等于基底(1)与其下方的复合支撑薄膜层厚度之和。

7.根据权利要求1～3中任意一项所述的支撑梁式MEMS流体热导率和热扩散系数传感器，其特征在于，加热器(4)和焊盘(6)均采用金属材料Pt。

8.权利要求1～7中任意一项所述的支撑梁式MEMS流体热导率和热扩散系数传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)抛光基底(1)的上下表面，将基底(1)先后浸没在丙酮、酒精和去离子水中进行超声波清洗；

2)双面氧化基底(1)，得到双面二氧化硅薄膜层，再采用低压气相沉积法在双面二氧化硅薄膜层上继续沉积氮化硅薄膜层，制得复合支撑薄膜层；

3)清洗后，在正面氮化硅薄膜层的上表面旋涂一层光刻胶，使用第一块掩膜版，经曝光、烘烤、显影形成加热器(4)的图形，在基底(1)上先溅射一层Cr黏附层，然后溅射一层Pt金属层，最后去胶，形成加热器(4)；

4)再进行一次光刻工艺，在基底(1)上表面旋涂一层光刻胶，使用第二块掩膜版，经过曝光、烘烤、显影形成焊盘(6)和引线(9)的图形，先溅射一层Cr黏附层，然后溅射一层Pt金属层，最后去胶，形成焊盘(6)和引线(9)；

5)采用等离子增强化学气相沉积法在加热器(4)、焊盘(6)及引线(9)上沉积一层绝缘层薄膜(5)；

6)使用第二块掩膜版进行基底(1)背面光刻，反应离子腐蚀背面复合支撑薄膜层，形成背腔(8)的开孔图形，然后采用KOH或者四甲基氢氧化铵湿法工艺刻蚀背腔(8)；

7)使用第三块掩膜版进行正面光刻形成绝热沟槽(7)的图形，反应离子刻蚀直至刻穿正面复合支撑薄膜层，形成薄膜支撑梁(10)；

8)使用第三块掩膜版，在基底(1)正面旋涂一层光刻胶，经过曝光、烘烤、显影形成引线(9)图案和绝热沟槽(7)正面图案，采用等离子体刻蚀技术刻蚀绝缘层薄膜(5)和绝热沟槽(7)正面，露出焊盘(6)，并形成绝热沟槽(7)。

9.采用权利要求3所述的传感器测试流体导热系数的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将传感器放入恒温箱，调节恒温箱测试温度，从10℃到50℃，每次温升5℃，测量9种不同温度下加热器(4)的电阻值，由温度和电阻值对应变化计算得到加热器(4)的电阻温度系数k；

2)将支撑梁式MEMS流体热导率和热扩散系数传感器置于待测液体中，并连接至测量电路；

测量电路包括电阻箱、信号发生器及锁相放大器；传感器与电阻箱串联后信号接地，信号发生器输出交流信号通过第一焊盘(6-1)和第四焊盘(6-4)激励加热器(4)，信号发生器能够为锁相放大器提供频率参考；加热器(4)的信号输出由第二焊盘(6-2)和第三焊盘(6-3)通过一个差分放大器输入双通道锁相放大器的一个输入接口，变阻箱的信号输出通过另一个差分放大器后输入锁相放大器的另一个输入接口；

测量时，开启设备，设置信号发生器的输出频率ω为1Hz，锁相放大器采集频率为1Hz的信号，调节变阻箱阻值，使锁相放大器采集到的加热器(4)和变阻箱的频率为1Hz的电压信号之差为零，即利用四焊盘测量法使变阻箱阻值等于加热器(4)阻值，由锁相放大器读取加热器(4)的单通道输入下频率为1Hz的电压输出V_ω1；

固定变阻箱阻值，控制信号发生器从1Hz扫频到10kHz，当信号发生器的输出频率为1ω时，锁相放大器采集频率为3ω电压输出信号，获得加热器(4)的3ω频率的电压分量的实部V_ω3；

通过如下公式，求得待测流体的热导率λ_l：

其中，ω为加热谐波角频率，P表示加热器(4)的交流功率，k为加热器的电阻温度系数；T_real是温度波动的实部；R_b是加热器(4)被测电压段的电阻；V_ω1和V_ω3分别是加热器(4)工作时角频率为1ω和3ω锁相放大器测得的实部电压有效值；

通过如下公式，求得待测流体的热扩散系数α_l：

其中，b为加热器(4)的半宽，l为加热器(4)的长度。