DK2731908T3 - Miniaturiseret sensor omfattende et varmeelement, og associeret fremstillingsfremgangsmåde - Google Patents

Miniaturiseret sensor omfattende et varmeelement, og associeret fremstillingsfremgangsmåde Download PDF

Info

Publication number
DK2731908T3
DK2731908T3 DK12758611.3T DK12758611T DK2731908T3 DK 2731908 T3 DK2731908 T3 DK 2731908T3 DK 12758611 T DK12758611 T DK 12758611T DK 2731908 T3 DK2731908 T3 DK 2731908T3
Authority
DK
Denmark
Prior art keywords
thermally insulating
sensor
layer
insulating structure
bridges
Prior art date
Application number
DK12758611.3T
Other languages
English (en)
Inventor
Abdelkrim Talbi
Philippe Jacques Pernod
Alain Merlen
Vladimir Preobrazhensky
Romain Viard
Original Assignee
Centre Nat Rech Scient
Lille Ecole Centrale
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre Nat Rech Scient, Lille Ecole Centrale filed Critical Centre Nat Rech Scient
Application granted granted Critical
Publication of DK2731908T3 publication Critical patent/DK2731908T3/da

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/688—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0064—Constitution or structural means for improving or controlling the physical properties of a device
    • B81B3/0081—Thermal properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/6845—Micromachined devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/688—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element
    • G01F1/6882—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element making use of temperature dependence of acoustic properties, e.g. propagation speed of surface acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L21/00—Vacuum gauges
    • G01L21/10—Vacuum gauges by measuring variations in the heat conductivity of the medium, the pressure of which is to be measured
    • G01L21/12—Vacuum gauges by measuring variations in the heat conductivity of the medium, the pressure of which is to be measured measuring changes in electric resistance of measuring members, e.g. of filaments; Vacuum gauges of the Pirani type
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/074—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing
    • H10N30/076—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing by vapour phase deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/08—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H10N30/082—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by etching, e.g. lithography
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0264—Pressure sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/02—Sensors
    • B81B2201/0292—Sensors not provided for in B81B2201/0207 - B81B2201/0285
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0109—Bridges

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Claims (23)

1. Miniaturiseret sensor (1, 1', 10, 100, 101) med et varmeelement og omfattende et substrat (2, 2'), en kavitet (20, 20'), og en termisk isolerende struktur (3) ophængt over kaviteten ved hjælp af forbindelseszoner (31, 32) som forbinder den med substratet (2, 2'), hvor sensoren er kendetegnet ved at den termisk isolerende struktur (3) omfatter mindst to broer (33, 34) som strækker sig over kaviteten (20, 20') mellem dens to forbindelseszoner (31, 32) med substratet, hvor varmeelementet (4, 4') er støttet af broerne (33, 34) ved at strække sig transversalt relativt til broerne.
2. Sensor ifølge krav 1, hvor længden L af en bro (33, 34) er i området fra 10 pm til 80 pm.
3. Sensor ifølge et hvilket som helst foregående krav, hvor bredden f af en bro (33, 34) er i området fra 5 pm til 10 pm,
4. Sensor ifølge et hvilket som helst foregående krav, hvor afstanden D mellem to broer (33, 34) er i området fra 20 pm til 40 pm.
5. Sensor ifølge et hvilket som helst foregående krav, hvor tykkelsen e af den termisk isolerende struktur (3), og i særdeleshed af broerne (33, 34) er i området fra 100 nm til 500 nm.
6. Sensor ifølge et hvilket som helst foregående krav, hvor højden h af kaviteten (20, 20') er i området fra 50 nm til 500 pm.
7. Sensor ifølge et hvilket som helst foregående krav, hvor bredden a af varmeelementet (4, 4') er i området fra 1 pm til 5 pm.
8. Sensor ifølge et hvilket som helst foregående krav, hvor tykkelsen b af varmeelementet (4, 4') er i området fra 50 nm til 500 nm.
9. Sensor ifølge et hvilket som helst foregående krav, hvor varmeelementet (4, 4') omfatter en flerhed af lag af elektrisk ledende materiale, hvor et lag er lavet af et materiale udviser en residuel trækspænding og hvor det tilstødende lag er lavet af et materiale udviseren residuel kompressionsspænding, hvor tykkelsen af disse lag er indrettet til at kompensere for de residuelle spændinger mellem de forskellige lag for at opnå en total residuel spænding for varmeelementet som er mindre end en første grænseværdi, fx 250 MPa.
10. Sensor ifølge det foregående krav, hvor varmeelementet (4, 4') omfatter: et første lag af platin; mindst et dobbeltlag lavet af et lag af nikkel coatet i et lag af wolfram; og • et andet lag af platin.
11. Sensor ifølge et hvilket som helst foregående krav, hvor den termisk isolerende struktur (3) omfatter en flerhed af lag af termisk isolerende materiale, hvor et lag er lavet af et termisk isolerende materiale som udviser residuel trækspænding og hvor det tilstødende lag er lavet af et termisk isolerende materiale som udviser en residuel kompressionsspænding, hvor tykkelsen af laget af termisk isolerende materiale er indrettet til at kompensere for de residuelle spændinger mellem de forskellige lag for at opnå en total residuel spænding for strukturen som er mindre end en anden grænseværdi, fx 250 MPa.
12. Sensor ifølge det foregående krav, hvor den termisk isolerende struktur (3) omfatter mindst et dobbeltlag dannet af et lag af siliciumdioxid og et lag af siliciumnitrid.
13. Sensor ifølge et hvilket som helst foregående krav, hvor den termisk isolerende struktur (3) inkluderer en strimmel (35) som strækker sig under varmeelementet (4) mellem de to broer (33, 34), den termisk isolerende strimmel (35) inkorporerer et bånd (5) lavet af et elektrisk ledende materiale, hvor båndet er elektrisk isoleret fra varmeelementet (4) af strimlen (35).
14. Sensor ifølge et hvilket som helst af kravene 1 til 12, hvor den termisk isolerende struktur (3) inkluderer to strimler (38, 39) som strækker sig under varmeelementet (4) mellem de to broer (33, 34), hvor to bånd (53, 54) lavet af elektrisk ledende materiale og separeret af en strimmel af luft er aflejret mellem de to strimler (38, 39) af den termisk isolerende struktur (3), således at båndene er elektrisk isoleret fra varmeelementet (4).
15. Sensor ifølge et hvilket som helst foregående krav, hvor den termisk isolerende struktur (3) inkluderer mindst to andre termisk isolerende strimler (36', 36", 37', 37") som strækker sig mellem de to broer (33, 34) på begge sider af varmeelementet, hver af disse to andre strimler inkluderer et bånd (51', 51", 52', 52") lavet af et elektrisk ledende materiale.
16. Sensor ifølge et hvilket som helst foregående krav, hvor den termisk isolerende struktur (3') er lavet af et piezoelektrisk materiale aflejret på termisk isolering og inkluderer transducere (61 til 64, 67, 68) til overfladeakustiske bølger.
17. Sensor ifølge et hvilket som helst af kravene 1 til 15, hvor substratet (2') er lavet af et piezoelektrisk materiale, og en overfladeakustisk bølgeresonator (69) er aflejret på substratet, ved bunden af kaviteten.
18. Sensor ifølge et hvilket som helst af kravene 1 til 15, hvor en plade (7) af piezoelektrisk materiale er tilvejebragt på bunden af kaviteten (20), hvor pladen (7) er tilvejebragt på dens overflade med en overfladeakustisk bølgeresonator (69').
19. Sensor ifølge et hvilket som helst foregående krav, hvor den termisk isolerende struktur (3) har N broer på hvilke varmeelementet (4) er aflejret, hvor N er større end eller lig med tre.
20. Fremgangsmåde til fremstilling af en sensor ifølge et hvilket som helst foregående krav, hvor fremgangsmåden er kendetegnet ved at den omfatter de følgende trin: a) at aflejre mindst et lag af termisk isolerende materiale på et substrat (2); b) at aflejre mindst et element (4, 4') lavet af an elektrisk ledende materiale på det mindst ene lag af termisk isolerende materiale; c) at udsætte strukturen opnået i trin b) for plasmaætsning for at definere formen af den termisk isolerende struktur (3) med mindst to broer (33, 34) som strækker sig mellem to forbindelseszoner (31, 32) som forbinder den termisk isolerende struktur (3) med substratet (2); og d) at udføre gasformig kemisk ætsning for at definere kaviteten (20) af substratet over hvilken den termisk isolerende struktur (3) strækker sig.
21. Fremgangsmåde ifølge det foregående krav, hvor der forud fortrin a), tilvejebringes et trin til lokalt at aflejre et stoplag på substratet efterfulgt af et trin at aflejre et offerlag af forudbestemt tykkelse på stoplaget.
22. Fremgangsmåde ifølge krav 20 eller krav 21, hvor trin b) består i aflejring af en flerhed af elektrisk ledende materialelag i rækkefølge, hvor et lag lavet af et materiale udviser residuel trækspænding og hvor det tilstødende lag lavet af et materiale udviser residuel kompressionsspænding, hvor tykkelsen af disse lag af isolerende materiale er indrettet til at kompensere de residuelle spændinger mellem de forskellige lag for at opnå en total residuel spænding for elementet som er mindre end en første grænseværdi, fx 250 MPa.
23. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 20 til 22, hvor trin a) består i aflejring af en flerhed af lag af termisk isolerende materiale i rækkefølge, hvor et lag lavet af et materiale som udviser en residuel trækspænding og hvor det tilstødende lag lavet af et materiale udviser en residuel kompressionsspænding, hvor tykkelsen af disse lag af isolerende materiale er indrettet til at kompensere de residuelle spændinger mellem de forskellige lag for at opnå en total residuel spænding for den termisk isolerende struktur som er mindre end en anden grænseværdi, fx 250 MPa.
DK12758611.3T 2011-07-13 2012-07-12 Miniaturiseret sensor omfattende et varmeelement, og associeret fremstillingsfremgangsmåde DK2731908T3 (da)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1156409A FR2977886B1 (fr) 2011-07-13 2011-07-13 Capteur miniaturise a element chauffant et procede de fabrication associe.
PCT/IB2012/053578 WO2013008203A2 (fr) 2011-07-13 2012-07-12 Capteur miniaturise a element chauffant et procede de fabrication associe.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DK2731908T3 true DK2731908T3 (da) 2015-12-21

Family

ID=46832525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DK12758611.3T DK2731908T3 (da) 2011-07-13 2012-07-12 Miniaturiseret sensor omfattende et varmeelement, og associeret fremstillingsfremgangsmåde

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9476746B2 (da)
EP (1) EP2731908B1 (da)
CN (1) CN103717526B (da)
DK (1) DK2731908T3 (da)
FR (1) FR2977886B1 (da)
WO (1) WO2013008203A2 (da)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8984951B2 (en) 2012-09-18 2015-03-24 Kulite Semiconductor Products, Inc. Self-heated pressure sensor assemblies
US9335231B2 (en) * 2014-03-25 2016-05-10 Mks Instruments, Inc. Micro-Pirani vacuum gauges
DE102015209200B3 (de) * 2015-05-20 2016-03-10 Siemens Aktiengesellschaft Wärmeleitfähigkeitsdetektor
FR3040489A1 (fr) * 2015-08-28 2017-03-03 Commissariat Energie Atomique Capteur de flux thermique mettant en œuvre au moins un resonateur optique, capteur de gaz et jauge pirani comportant au moins un tel capteur.
KR101799531B1 (ko) 2017-04-20 2017-11-20 재단법인 한국탄소융합기술원 금속코팅 탄소섬유 진공게이지
US11025098B2 (en) 2017-09-05 2021-06-01 Apple Inc. Wireless charging system with machine-learning-based foreign object detection
US10431866B2 (en) * 2017-09-15 2019-10-01 International Business Machines Corporation Microfabricated air bridges for planar microwave resonator circuits
CN115057406B (zh) * 2022-04-15 2024-05-28 山东大学 一种基于蛇形多孔硅隔热层的mems真空计及制备方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4317102A (en) * 1980-08-14 1982-02-23 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Hot foil transducer skin friction sensor
US4594889A (en) * 1984-12-06 1986-06-17 Ford Motor Company Mass airflow sensor
JPS61178614A (ja) * 1985-02-02 1986-08-11 Nippon Soken Inc 直熱型流量センサ
US4744246A (en) * 1986-05-01 1988-05-17 Busta Heinz H Flow sensor on insulator
JPH04208814A (ja) * 1990-12-03 1992-07-30 Nippon Steel Corp シリコンを用いた流速測定装置および流速測定方法
US5231877A (en) * 1990-12-12 1993-08-03 University Of Cincinnati Solid state microanemometer
US5201221A (en) * 1991-03-15 1993-04-13 Ford Motor Company Flow sensor and method of manufacture
DE4222499A1 (de) * 1991-11-22 1993-09-23 Inst Physikalische Hochtech Ev Mikro-stroemungssensor
US5313832A (en) * 1991-12-23 1994-05-24 Ford Motor Company Composite mass air flow sensor
US5883310A (en) * 1994-11-04 1999-03-16 The Regents Of The University Of California Micromachined hot-wire shear stress sensor
JP3545637B2 (ja) * 1999-03-24 2004-07-21 三菱電機株式会社 感熱式流量センサ
JP2002139360A (ja) * 2000-10-31 2002-05-17 Mitsubishi Electric Corp 感熱式流量センサ
US6923054B2 (en) * 2002-01-18 2005-08-02 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Microscale out-of-plane anemometer
US7106167B2 (en) * 2002-06-28 2006-09-12 Heetronix Stable high temperature sensor system with tungsten on AlN
JP4609019B2 (ja) * 2004-09-24 2011-01-12 株式会社デンソー 熱式流量センサ及びその製造方法
US7892488B2 (en) * 2006-02-10 2011-02-22 Honeywell International, Inc. Thermal liquid flow sensor and method of forming same
EP2040045B1 (en) * 2007-09-20 2016-11-30 Azbil Corporation Flow sensor
US7603898B2 (en) * 2007-12-19 2009-10-20 Honeywell International Inc. MEMS structure for flow sensor
DE102008006831A1 (de) * 2008-01-30 2009-08-13 Eads Deutschland Gmbh Heißfilmsensor
JP4576444B2 (ja) * 2008-03-31 2010-11-10 日立オートモティブシステムズ株式会社 熱式流量計
FR2958754B1 (fr) * 2010-04-12 2012-10-26 Centre Nat Rech Scient Capteur a fil chaud de taille sublimillimetrique et procede de realisation associe.
NL2006895C2 (nl) * 2011-06-03 2012-12-04 Berkin Bv Stromingsmeetapparaat en gebruik daarvan voor het bepalen van een stroming van een medium, alsmede werkwijze daarvoor.

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013008203A2 (fr) 2013-01-17
CN103717526A (zh) 2014-04-09
EP2731908B1 (fr) 2015-09-09
WO2013008203A3 (fr) 2013-03-07
FR2977886B1 (fr) 2017-03-03
US20140157887A1 (en) 2014-06-12
FR2977886A1 (fr) 2013-01-18
CN103717526B (zh) 2016-08-17
EP2731908A2 (fr) 2014-05-21
US9476746B2 (en) 2016-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DK2731908T3 (da) Miniaturiseret sensor omfattende et varmeelement, og associeret fremstillingsfremgangsmåde
US8047074B2 (en) Humidity sensor and method of manufacturing the same
US9580305B2 (en) Single silicon wafer micromachined thermal conduction sensor
US5883310A (en) Micromachined hot-wire shear stress sensor
CN102728533B (zh) 机电变换器及其制作方法
EP2762864B1 (en) Membrane-based sensor device and method for manufacturing the same
JP2006098408A5 (da)
JP2005505758A (ja) 多孔質のカバーを備えたマイクロマシニング型の熱伝導率センサ
KR20090064693A (ko) 마이크로 가스 센서 및 그 제작 방법
JPH0854269A (ja) 熱式マイクロフローセンサ及びその製造方法
KR100911090B1 (ko) 정확도가 향상된 마이크로칼로리미터 소자
CN113551761B (zh) 一种mems矢量传声器及其制备方法
DK2561369T3 (da) Varmetrådssensor med submillimeterstørrelse og tilhørende fremgangsmåde til fremstilling deraf
CN113023658A (zh) 一种谐振式微悬臂梁芯片及其制备方法
US6860153B2 (en) Gas pressure sensor based on short-distance heat conduction and method for fabricating same
CN111579012A (zh) Mems热式流量传感器及其制作方法
CN114804007A (zh) 一种基于多孔硅隔热层的mems真空计及其制备方法
JP3124857B2 (ja) 真空度測定用センサ
Chen et al. Design and modeling of a silicon nitride beam resonant pressure sensor for temperature compensation
Cao et al. Single-material MEMS using polycrystalline diamond
US11480480B2 (en) Thermal flux sensor with heating nanofilaments
CN115057406B (zh) 一种基于蛇形多孔硅隔热层的mems真空计及制备方法
CN220153640U (zh) 一种具有高灵敏度的气体流量传感器芯片
JP2002214058A (ja) 圧力センサおよびその製造方法
CN113324697A (zh) 微型皮拉尼真空传感器及其制作方法