CN112730886A - 基于非晶锗热电阻的柔性mems流速传感器 - Google Patents

Abstract

一种基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器，包括：由下而上依次设置的柔性衬底、支撑膜、绝缘保护层、位于隔热空腔之上支撑膜和绝缘保护层之间的悬空膜加热热电阻和悬空膜测温热电阻对以及位于隔热空腔外柔性衬底之上支撑膜和绝缘保护层之间、用于测量环境流体温度的变化的衬底测温热电阻对，支撑膜部分悬空设置于柔性衬底上，支撑膜和绝缘保护层相连，悬空膜加热热电阻、悬空膜测温热电阻对和衬底测温热电阻对分别通过对应的引线和引脚与外界相连。本发明采用非晶锗半导体热阻材料，结构简单，可实现宽量程的流速测量(为10^‑2～10²m/s)和测向，且工作时热电阻工作温度与流体温度之间只需保持较低的恒温差，因此功耗较低。

Description

基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器

技术领域

本发明涉及的是一种流速传感器领域的技术，具体是一种基于非晶锗热电阻的柔性 MEMS流速传感器及其应用和制备方法。

背景技术

现有的流速测量方法中，热线/热膜热敏方法是利用热敏电阻线(膜)作为加热或热敏传感元件，外加电流或电压使得热线(膜)升温加热流体，流体流动时引起热敏元件的阻值变化，进而可推算出流体流速的大小。热式MEMS流速传感器的主要结构是在衬底上制作热线/热膜热敏电阻，多数制作在硅、玻璃、陶瓷等刚性衬底上，而实际流速测量应用中有各种非平面表面，如各种翼面、圆形管道面等，刚性衬底流速传感器的使用受到限制，且传感器的结构及其实现宽量程流速测量的信号处理电路复杂。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器，该流速传感器热电阻采用非晶锗半导体热阻材料，非晶锗具有优异的温度特性，例如，较高的TCR热阻系数(约为-2％，是铂的五倍)和电阻率(室温下约5Ω.m)，而且非晶锗薄膜的热导率约为0.5W/(K.m)，远低于多晶硅或热电偶材料的热导率。采用非晶锗薄膜作为热阻敏感元件的流速微传感器，温度分辨率可优于10^-4K；传感器结构简单，除了加热热电阻和衬底测温热电阻外，只需要工作于量热计热温差原理的一对测温热电阻就可实现宽量程的流速测量(为 10^-2～10²m/s)和测向，且工作时热电阻工作温度与流体温度之间只需保持较低的恒温差(最高为50K)，因此，传感器的功耗较低。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器，包括：由下而上依次设置的柔性衬底、支撑膜、绝缘保护层、位于隔热空腔之上支撑膜和绝缘保护层之间的悬空膜加热热电阻和悬空膜测温热电阻对以及位于隔热空腔外柔性衬底之上支撑膜和绝缘保护层之间、用于测量环境流体温度的变化的衬底测温热电阻对，其中：支撑膜部分悬空设置于柔性衬底上，支撑膜和绝缘保护层相连，悬空膜加热热电阻、悬空膜测温热电阻对和衬底测温热电阻对分别通过对应的引线和引脚与外界相连。

所述的柔性衬底中设有隔热空腔，该隔热空腔正对于支撑膜的悬空部分。

所述的悬空膜加热热电阻和悬空膜测温热电阻对嵌于隔热空腔之上的绝缘保护层和支撑膜之间。

所述的悬空膜加热热电阻位于支撑膜的悬空部分的中央，具体为迂回线状结构，该迂回线状结构的线宽优选小于等于10μm，从而在敏感区域内增大了相应热电阻的阻值。

所述的悬空膜加热热电阻采用单层薄膜金属铬或双层薄膜金属如铬/铂或铬/镍制成。

所述的悬空膜测温热电阻对包括并排设置的两个悬空膜测温热电阻，该两个测温热电阻对称设置于悬空膜加热热电阻的两侧。

所述的衬底测温热电阻对嵌于隔热空腔外柔性衬底之上的支撑膜和绝缘保护层之间。

所述的衬底测温热电阻对包括两个衬底测温热电阻，分别设置于支撑膜悬空部分的左右两侧。

所述的引脚设置于所述柔性传感器敏感面的背面一侧，避免了引脚与电路间的引线对敏感面流速场分布的影响。

所述的悬空膜测温热电阻对和衬底测温热电阻对均包括：非晶锗薄膜与作为非晶锗薄膜的两个接触电极的双层金属薄膜。

所述的非晶锗薄膜为长方形块状，其中窄边方向为流速敏感方向，长边方向垂直于流速敏感方向。

所述的接触电极为梳齿形状叉指结构，所述的双层金属薄膜包括粘附层和导电层，其中：粘附层为铬(Cr)或钛(Ti)，导电层为金(Au)。

本发明涉及一种基于上述柔性传感器的宽量程流速测量方法，通过对衬底测温热电阻对和悬空膜测温热电阻对施加恒定偏置电压并采集其电压信号后换算得到测温热电阻的平均温度和衬底测温热电阻的平均温度，相减得到悬空膜测温热电阻和衬底测温热电阻之间的温度差△T，作为悬空膜加热热电阻温度与被测流体温度之间的实测温度差与设定的参考温度差△T_set进行比较，比较的结果作为PI控制参数产生控制电压信号Vheater，经过功率限幅器后施加在加热热电阻，以实现加热热电阻温度与被测流体温度之间的恒温差闭环控制；将悬空膜测温热电阻对上的两个电压信号差分放大后所得的传感器的非线性流速输出信号VNL，通过数字线性化处理单元后输入微控制器处理单元中并执行查找表转换和数模转换，获得流速测量值Vout。

所述的执行查找表转换，是指数字原始值被解释为指向只读存储器位置的12位(或以上)地址，该地址包含已标定的传感器线性化流速数字等效值(流速数据)。

本发明涉及一种制备宽量程柔性流速传感器的方法，包括：

S001：在硅片正面氧化层上沉积绝缘保护层，在绝缘保护层上第一次涂胶光刻后，通过气相沉积单层金属Cr、双层金属Cr/Pt或Ti/Pt薄膜，经lift-off(剥离工艺)图形化为中心的加热热电阻结构。

所述的硅片经双面抛光并且表面热氧化处理，氧化层的厚度为200nm以上。

所述的绝缘保护层，优选采用LPCVD沉积100nm以上的氮化硅。

S002：在有加热热电阻薄膜结构的表面上进行第二次涂胶光刻，通过电子束蒸发或磁控溅射的方法沉积非晶锗薄膜后，经lift-off图形化为长方形块状结构；然后在有非晶锗薄膜图形结构表面上进行第三次涂胶光刻，通过电子束蒸发或磁控溅射的方法沉积Cr/Au或Ti/Au薄膜，经lift-off图形化为测温热电阻接触电极、衬底测温热电阻接触电极、引线和引脚结构。

所述的非晶锗薄膜的厚度为200nm～300nm，沉积温度不超过150℃，

所述的Cr/Au或Ti/Au薄膜的厚度为50nm/200nm。

S003：在有Cr/Au或Ti/Au薄膜图形的表面上旋涂第一层低温固化型聚酰亚胺作为传感器的柔性支撑膜并在温控烘箱或退火炉内固化，然后在固化的第一次聚酰亚胺表面上进行第四次涂胶光刻后，在聚酰亚胺支撑膜上沉积金属阻挡层薄膜，通过lift-off图形化为隔热空腔对应底部位置的金属阻挡层图形。

所述的固化，最高温度为150℃，该固化过程同时为非晶锗薄膜的退火处理过程。

所述的金属阻挡层薄膜，优选通过沉积方式制备铝(Al)膜。

S004：在金属阻挡层薄膜上旋涂第二层温固化型聚酰亚胺作为传感器的柔性衬底，并在温控固化，然后在固化的第二次聚酰亚胺表面上进行第五次涂胶光刻，在聚酰亚胺柔性衬底上沉积金属掩膜薄膜，通过lift-off图形化为金属掩膜窗口。

所述的固化，最高温度为150℃。

所述的金属掩膜薄膜，优选为Al、Ti或Cu。

S005：通过反应离子刻蚀(RIE)聚酰亚胺柔性衬底至金属阻挡层(获得隔热空腔)及Au膜层(露出引脚)，再湿法刻蚀去除金属阻挡层及金属掩膜层，在硅片背面氧化层上进行第五次涂胶光刻后，再通过反应离子刻蚀(RIE)氧化硅开腐蚀窗口，然后腐蚀硅片至正面的氧化层并通过湿法刻蚀去除氧化层，最后剥离带有传感器结构的柔性膜。

所述的腐蚀，优选通过KOH溶液实现。

技术效果

本发明整体解决了现有MEMS热式流速传感器的热敏电阻材料多为Pt、Ni、Au等金属材料所带来的问题。以最常用的Pt热阻材料为例，其热阻系数(TCR)不高(为0.38％/K，K为开尔文温度)且电阻率较低(室温下约10.9×10^-8Ω.m)，为实现该柔性流速传感器的宽量程流速测量 (为10^-2～10²m/s)，传感器敏感结构除了设置至少一个加热热电阻外，还须设置多对测温热电阻对以兼顾流速测量的量程和灵敏度，并且，这些热电阻需要构成多个惠斯通电桥电路，导电流速测量的信号处理电路复杂。其中，为实现工作于热损失原理的加热热电阻对更高流速的测量，需要加热热电阻工作温度与流体温度之间保持较高的恒温差(50～300K)，所需功耗达上百 mW以上。

与现有技术相比，本发明利用非晶锗半导体薄膜热电阻材料的优异温度特性，如较高的热阻系数(约为-2％)和电阻率(室温下约5Ω.m)，使得非晶锗热阻流速传感器具有相当高的温度分辨率(优于10^-4K)以及优越的流速测量灵敏度。基于非晶锗热阻器的微流速传感器结构简单、响应快、功耗低，除了加热热电阻和衬底测温热电阻外，只需要工作于热温差原理的一对测温热电阻，且恒温差工作时加热热电阻工作温度与流体温度之间只需保持较低的恒温差，如最高不超过50K，就足够实现极宽的气体流速测量量程(10^-2～10²m/s)。

附图说明

图1为柔性流速传感器结构示意图；

图2为柔性流速传感器结构剖面图；

图3为图1中A区测温热电阻的放大示意图；

图4为柔性流速传感器流速测量应用时的工作流程图；

图5为悬空膜加热热电阻和环境温度(设为293.15K)保持30K恒温差时的上下游悬空膜测温热电阻之间的温度差△T随输入流速变化(0～200m/s)的有限元仿真曲线；

图6为柔性流速传感器基于MEMS技术的制备工艺流程示意图；

图中：(a)～(j)分别为各个制造工步；

图中：1柔性衬底、2悬空膜加热热电阻、3悬空膜测温热电阻对、3a、3b悬空膜测温热电阻、4衬底测温热电阻对、4a、4b衬底测温热电阻、5引线、6引脚、7绝缘保护层、8 支撑膜、9隔热空腔、10非晶锗薄膜、11双层金属薄膜接触电极、11a、11b接触电极。

具体实施方式

如图1～3所示，本实施例包括：由下而上依次设置的柔性衬底1、支撑膜8、绝缘保护层7、位于隔热空腔之上支撑膜8和绝缘保护层7之间的悬空膜加热热电阻2和悬空膜测温热电阻对3以及位于柔性衬底1之上支撑膜8和绝缘保护层7之间、用于测量环境流体温度的变化的衬底测温热电阻对4，其中：支撑膜8部分悬空设置于柔性衬底1上，支撑膜8和绝缘保护层7相连，悬空膜加热热电阻2、悬空膜测温热电阻对3和衬底测温热电阻对4分别通过对应的引线5和引脚6与外界相连。

所述的柔性衬底1中设有隔热空腔9，该隔热空腔9正对于支撑膜8的悬空部分。

所述的悬空膜加热热电阻2和悬空膜测温热电阻对3嵌于隔热空腔9之上的绝缘保护层 7和支撑膜8之间。

所述的悬空膜加热热电阻2位于支撑膜8的悬空部分的中央，具体为迂回线状结构，该迂回线状结构的线宽优选小于等于10μm，从而在敏感区域内增大了相应热电阻的阻值。

所述的悬空膜加热热电阻2采用单层薄膜金属铬(Cr)或双层薄膜金属如铬(Cr)/铂(Pt)或铬(Cr)/镍(Ni)制成。

所述的悬空膜测温热电阻对3包括并排设置的两个悬空膜测温热电阻3a和3b，该两个测温热电阻对称设置于悬空膜加热热电阻2的两侧，即悬空膜测温热电阻3a在悬空膜加热热电阻2的一侧，悬空膜测温热电阻3b在另一侧。

所述的悬空膜测温热电3a和3b的中心与悬空膜加热热电阻2的距离不超过200μm。以便及时敏感自加热热电阻对流体产生的热量，提高传感器响应速度。

所述的衬底测温热电阻对4嵌于柔性衬底1之上的支撑膜8和绝缘保护层7之间。

所述的衬底测温热电阻对4包括两个衬底测温热电阻4a、4b，分别设置于支撑膜8悬空部分的左右两侧。

所述的引脚6设置于所述柔性传感器敏感面的背面一侧，避免了引脚6与电路间的引线 5对敏感面流速场分布的影响。

如图3所示，所述的悬空膜测温热电阻对3和衬底测温热电阻对4均包括：非晶锗薄膜 10与作为非晶锗薄膜10的两个接触电极11a、11b的双层金属薄膜11。

所述的非晶锗薄膜10为长方形块状，其中窄边方向为流速敏感方向，长边方向垂直于流速敏感方向。非晶锗薄膜具有较高的热阻系数(约为-2％)和电阻率(室温下约5Ω.m)，且热导率0.5W/m.k比硅小。高的电阻率使得在很低的电流下即可精密测量电阻值，且可以减小通过互联引线的电流密度，从而减小其横截面，也减少了到衬底的寄生热流。这使得非晶锗温度传感器具有相当高的温度分辨率(优于10^-4K)，有利于传感器产生高的流速灵敏度。

优选地，长方形块状的长边尺寸是窄边尺寸的5倍以上。因传感器窄边为流速的敏感方向，并且宽度越窄由于热传播时间引起的响应延迟就越小。

所述的非晶锗薄膜10的厚度为200nm～300nm之间，采用电子束蒸发或磁控溅射的方法沉积，且薄膜沉积温度最高不超过150℃，以避免温度过高出现非晶态微结构再结晶。

所述的接触电极11为梳齿形状叉指结构，每个梳齿的齿宽小于等于15μm，接触电极 11a和11b组成的叉指结构相邻齿宽间的间隙宽度小于等于15μm。这样，保证了整个长方形非晶锗敏感区域内几乎均匀的电流密度和温度分布。

所述的双层金属薄膜11包括：粘附层和导电层，其中：粘附层为铬(Cr)或钛(Ti)，导电层为金(Au)。

所述的柔性衬底1和支撑膜8为低温固化型柔性聚酰亚胺(PI)制成，其固化最高温度为 150℃，同时聚酰亚胺固化过程为非晶锗薄膜10的退火处理过程，退火处理可保证非晶锗热电阻阻值在低温下的热稳定性。

所述的聚酰亚胺的热导率很小(约为0.12W/m.K)，而硅为150W/m.K；并且存在隔热空腔9，使得散失到柔性衬底1的热量相对于现有的硅衬底大大减小，从而进一步提高了流速传感器测量量程和灵敏度。

所述的绝缘保护层7用于保护传感元件免受流体中颗粒的影响，厚度小于等于1μm且优选为无机物薄膜材料制成，采用但不限于：氮化硅(Si₃N₄)、碳化硅(SiC)或氧化铝(Al₂O₃)。

本实施例性能很大程度上取决于器件尺寸和热惯量，器件的敏感结构越薄，传感器测量越精确、响应越快。所述的无机物绝缘保护薄膜使得传感器响应时间为毫秒级。

所述的引线5和引脚6采用与双层金属薄膜11相同的材质制成且均包括：粘附层和导电层，其中：粘附层为铬(Cr)或钛(Ti)，导电层为金(Au)。

优选地，该引线5、引脚6与悬空膜测温热电阻对3和衬底测温热电阻对4同时加工制造，简化了制造工艺流程。

所述的宽量程流速传感器工作于量热计的热温差原理：工作时悬空膜加热热电阻施加直流电压加热，没有流体流动时沿流向的温度曲线以加热热电阻为中心对称分布，即悬空膜测温热电阻对3的上下游两个热电阻测量同样的温度值；有流体流动时，温度分布的对称性被打破，通过测量上下游热电阻的温度差可以确定流速大小和流向。

所述的传感器的性能很大程度上取决于器件尺寸和热惯量，所述的悬空膜加热热电阻2 的升温经对流热交换传播至所述的悬空膜测温热电阻对3，器件的敏感结构越薄，传感器测量越精确、响应越快。所述的无机物绝缘保护薄膜的厚度小于等于1μm，响应时间为毫秒级。

如图4所示，为基于上述柔性流速传感器的宽量程流速测量方法，包括以下步骤：

步骤1、分别对衬底测温热电阻对4和悬空膜测温热电阻对3施加小于等于0.5V的恒定偏置电压，经接口信号处理单元将每个热敏电阻通过的电流转换为与温度成比例的电压信号。然后分别计算两个测温热电阻3a和3b得到的平均温度和两个衬底测温热电阻4a和4b得到的平均温度，相减得到悬空膜测温热电阻和衬底测温热电阻之间的温度差△T，作为悬空膜加热热电阻器温度与被测流体温度之间的实测温度差与设定的参考温度差△T_set进行比较。

所述的参考温度差△T_set优选不超过50K。

所述的接口信号处理单元通过运算放大器电路根据TCR系数标定的热敏电阻值进行 I/V(电流/电压)转换，获得与温度成比例的电压信号。

本方法采用悬空膜测温热电阻对3a和3b的平均温度和衬底测温热电阻对4a和4b的平均温度之差，作为加热热电阻器与被测流体之间的恒温差控制对象，避免了测温热电阻对与中心的加热热电阻器因制造产生不对称误差引起的输出信号零偏问题。

步骤2、将步骤1得到的比较结果模数转换(ADC)后输入到微控制器处理单元进行PI控制参数计算并产生控制电压信号V_heater，经过功率限幅器后施加在加热热电阻2上。

所述的功率限幅器用于保护加热热电阻器不被因施加过大电压或电流而烧坏。

通过上述步骤1、2，实现加热热电阻温度与被测流体温度之间的恒温差闭环控制。

步骤3、将步骤1的悬空膜测温热电阻对3的两个温度测量信号经差分放大后作为传感器的流速输出信号V_NL，通过数字线性化处理单元后输入微控制器处理单元中执行查找表转换和数模转换(DAC)，获得流速测量值V_out。

所述的信号数字线性化处理的分辨率为12位或以上。

所述的执行查找表转换是指：数字原始值被解释为指向只读存储器位置的12位(或以上) 地址，该地址包含已标定的传感器线性化流速数字等效值(流速数据)。

所述的微控制器包括但不限于：ARM、DSP或FPGA。

本实施例的宽量程流速测量范围为10^-2～10²m/s。

如图5所示为模拟管道内的传感器，悬空膜加热热电阻2和环境温度(设为293.15K)保持30K恒温差时的上下游悬空膜测温热电阻3a和3b(仿真的流速方向设为从左到右)之间的温度差△T随输入流速变化(0～200m/s，仿真的最小数据取点为0.01m/s)的有限元仿真曲线。可见，用于产生输出信号的两个悬空膜热敏电阻之间的温度差△T是宽量程流速(10^-2～10²m/s) 的非线性单调函数度量。通过本发明所述的将该非线性温差信号数字化并执行查找表转换、数模转换，即可完成与流速值成比例的流速信号输出。

如图6所示，本实施例涉及所述基于MEMS的柔性流速传感器的制备方法，采用MEMS微加工艺进行制备，包括以下步骤：

S001：准备双面抛光并且表面热氧化的(100)硅片，氧化层的厚度为200nm以上(作为后续硅刻蚀的终止层)。

S002：在硅片正面氧化层上沉积绝缘保护层，如LPCVD沉积100nm以上的氮化硅(最终将作为传感器的绝缘保护层)。如图6(a)所示。

S003：在绝缘保护层上第一次涂胶光刻，然后气相沉积单层金属Cr，或双层金属Cr/Pt 或Ti/Pt薄膜，lift-off(剥离工艺)图形化为中心的加热热电阻器结构，如图6(b)所示。

S004：接着第二次涂胶光刻，电子束蒸发或磁控溅射的方法沉积厚度为200nm～300nm 的非晶锗薄膜，沉积温度不超过150℃，lift-off图形化为长方形块状结构，如图6(c)所示。

S005：接着第三次涂胶光刻，电子束蒸发或磁控溅射的方法沉积Cr/Au或Ti/Au薄膜(例如厚度为50nm/200nm)，lift-off图形化为测温热电阻接触电极、衬底测温热电阻接触电极、引线和引脚结构，如图6(d)所示。

S006：旋涂第一层低温固化型聚酰亚胺(作为传感器的柔性支撑膜)并在温控烘箱或退火炉内固化，固化的最高温度为150℃，如图6(e)所示。该固化过程同时为非晶锗薄膜的退火处理过程，退火处理可保证非晶锗热电阻阻值在低温下工作的热稳定性。

S007：接着第四次涂胶光刻，在聚酰亚胺支撑膜上沉积金属阻挡层薄膜，例如溅射沉积铝(Al)膜，lift-off图形化为隔热空腔对应底部位置的金属阻挡层图形。如图6(f)所示。

S008：在金属阻挡层薄膜上旋涂第二层温固化型聚酰亚胺(作为传感器的柔性衬底)，并在温控固化，固化的最高温度为150℃。如图6(g)所示。

S009：接着第五次涂胶光刻，在聚酰亚胺柔性衬底上沉积金属掩膜薄膜，例如Al、Ti 或Cu等，lift-off图形化为金属掩膜窗口。如图6(h)所示。

S010：反应离子刻蚀(RIE)聚酰亚胺柔性衬底至金属阻挡层(获得隔热空腔)及上述的Au 膜层(露出引脚)；湿法刻蚀去除金属阻挡层及金属掩膜层。如图6(i)所示。

S011：在硅片背面氧化层上第五次涂胶光刻，反应离子刻蚀(RIE)氧化硅开腐蚀窗口，然后在KOH溶液里腐蚀硅片至正面的氧化层，在湿法刻蚀去除氧化层，最后，剥离带有传感器结构的柔性膜。如图6(j)所示。

在所述的步骤S004～S011中，工艺操作温度最高为150℃，以防止非晶锗微结构的再结晶。

经过有限元建模仿真实验，模拟管道内的传感器模型在悬空膜加热热电阻2和环境温度 (设为293.15K)保持30K恒温差时的上下游悬空膜测温热电阻3a和3b(仿真的流速方向设为从左到右)之间的温度差△T随输入流速变化(0.01-200m/s)的特性，如图5所示，仿真结果验证了本发明利用非晶锗半导体热阻材料，使得非晶锗热阻流速传感器具有相当高的温度分辨率和优越的流速测量灵敏度。本发明基于非晶锗热阻器的微流速传感器结构更简单，除了加热热电阻和衬底测温热电阻外，只需要工作于热温差原理的一对测温热电阻，且恒温差工作时加热热电阻工作温度与流体温度之间只需保持较低的恒温差，如最高不超过50K，就足够实现极宽的气体流速测量量程(10^-2～10²m/s)。

综上，由于非晶锗热电阻的温度分辨率高，本发明基于非晶锗热阻器的微流速传感器结构简单、加热热电阻工作时的恒温差小(不大于50K)，只需通过加热热电阻两侧的一对悬空膜非晶锗测温热电阻工作于量热计原理，就可实现宽量程的流速(10^-2～10²m/s))的测量。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (10)

1.一种基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器，其特征在于，包括：由下而上依次设置的柔性衬底、支撑膜、绝缘保护层、位于隔热空腔之上支撑膜和绝缘保护层之间的悬空膜加热热电阻和悬空膜测温热电阻对以及位于隔热空腔外柔性衬底之上支撑膜和绝缘保护层之间、用于测量环境流体温度的变化的衬底测温热电阻对，其中：支撑膜部分悬空设置于柔性衬底上，支撑膜和绝缘保护层相连，悬空膜加热热电阻、悬空膜测温热电阻对和衬底测温热电阻对分别通过对应的引线和引脚与外界相连；

所述的隔热空腔正对于支撑膜的悬空部分；

所述的悬空膜测温热电阻对包括并排设置的两个悬空膜测温热电阻，该两个测温热电阻对称设置于悬空膜加热热电阻的两侧；

所述的衬底测温热电阻对包括两个衬底测温热电阻，分别设置于支撑膜悬空部分的左右两侧。

2.根据权利要求1所述的基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器，其特征是，所述的悬空膜加热热电阻和悬空膜测温热电阻对嵌于隔热空腔之上的绝缘保护层和支撑膜之间；所述的衬底测温热电阻对嵌于隔热空腔外柔性衬底之上的支撑膜和绝缘保护层之间；

所述的悬空膜加热热电阻位于支撑膜的悬空部分的中央，具体为迂回线状结构。

3.根据权利要求1所述的基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器，其特征是，所述的悬空膜加热热电阻采用单层薄膜或双层薄膜的金属铬、金属铂或金属镍制成。

4.根据权利要求1所述的基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器，其特征是，所述的悬空膜测温热电阻对和衬底测温热电阻对均包括：非晶锗薄膜与作为非晶锗薄膜的两个接触电极的双层金属薄膜。

5.根据权利要求4所述的基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器，其特征是，所述的非晶锗薄膜为长方形块状，其中窄边方向为流速敏感方向，长边方向垂直于流速敏感方向。

6.根据权利要求4所述的基于非晶锗热电阻的柔性MEMS流速传感器，其特征是，所述的接触电极为梳齿形状叉指结构，所述的双层金属薄膜包括粘附层和导电层，其中：粘附层为铬或钛，导电层为金。

7.一种基于权利要求1～6中任一所述柔性传感器的宽量程流速测量方法，其特征在于，通过对衬底测温热电阻对和悬空膜测温热电阻对施加恒定偏置电压并采集其电压信号后换算得到测温热电阻的平均温度和衬底测温热电阻的平均温度，相减得到悬空膜测温热电阻和衬底测温热电阻之间的温度差△T，作为悬空膜加热热电阻温度与被测流体温度之间的实测温度差与设定的参考温度差△T_set进行比较，比较的结果作为PI控制参数产生控制电压信号V_heater，经过功率限幅器后施加在加热热电阻，以实现加热热电阻温度与被测流体温度之间的恒温差闭环控制；将悬空膜测温热电阻对上的两个电压信号差分放大后所得的传感器的非线性流速输出信号V_NL，通过数字线性化处理单元后输入微控制器处理单元中并执行查找表转换和数模转换，获得流速测量值V_out。

8.根据权利要求7所述的柔性传感器的宽量程流速测量方法，其特征是，所述的执行查找表转换，是指数字原始值被解释为指向只读存储器位置的12位以上地址，该地址包含已标定的传感器线性化流速数字等效值，即流速数据。

9.一种制备权利要求1～8中任一所述宽量程柔性流速传感器的方法，其特征在于，包括：

S001：在硅片正面氧化层上沉积绝缘保护层，在绝缘保护层上第一次涂胶光刻后，通过气相沉积单层薄膜金属铬、双层薄膜金属铬/铂或钛/铂，经lift-off剥离工艺图形化为中心的加热热电阻结构；

S002：在有加热热电阻薄膜结构的表面上进行第二次涂胶光刻，通过电子束蒸发或磁控溅射的方法沉积非晶锗薄膜后，经lift-off图形化为长方形块状结构；然后在有非晶锗薄膜图形结构表面上进行第三次涂胶光刻，通过电子束蒸发或磁控溅射的方法沉积铬/金或钛/金薄膜，经lift-off图形化为测温热电阻接触电极、衬底测温热电阻接触电极、引线和引脚结构；

S003：在有铬/金或钛/金薄膜图形的表面上旋涂第一层低温固化型聚酰亚胺作为传感器的柔性支撑膜并在温控烘箱或退火炉内固化，然后在固化的第一次聚酰亚胺表面上进行第四次涂胶光刻后，在聚酰亚胺支撑膜上沉积金属阻挡层薄膜，通过lift-off图形化为隔热空腔对应底部位置的金属阻挡层图形；

S004：在金属阻挡层薄膜上旋涂第二层温固化型聚酰亚胺作为传感器的柔性衬底，并在温控固化，然后在固化的第二次聚酰亚胺表面上进行第五次涂胶光刻，在聚酰亚胺柔性衬底上沉积金属掩膜薄膜，通过lift-off图形化为金属掩膜窗口；

S005：通过反应离子刻蚀聚酰亚胺柔性衬底至金属阻挡层获得隔热空腔及金膜层，即露出引脚，再湿法刻蚀去除金属阻挡层及金属掩膜层，在硅片背面氧化层上进行第五次涂胶光刻后，再通过反应离子刻蚀氧化硅开腐蚀窗口，然后腐蚀硅片至正面的氧化层并通过湿法刻蚀去除氧化层，最后剥离带有传感器结构的柔性膜。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征是，所述的硅片经双面抛光并且表面热氧化处理，氧化层的厚度为200nm以上；

所述的绝缘保护层，采用LPCVD沉积100nm以上的氮化硅；

所述的非晶锗薄膜的厚度为200nm～300nm，沉积温度不超过150℃；

所述的双层薄膜金属铬/铂或钛/铂的厚度为50nm/200nm；

所述的固化，最高温度为150℃，该固化过程同时为非晶锗薄膜的退火处理过程；

所述的金属阻挡层薄膜，通过沉积方式制备铝膜；

所述的固化，最高温度为150℃；

所述的金属掩膜薄膜，为铝、钛或铜制成；

所述的腐蚀，通过KOH溶液实现。

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