автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Конструктивно-технологический базис термомикросистем с малой потребляемой мощностью

На правах рукописи

Поломошнов Сергей Александрович

КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ БАЗИС ТЕРМОМИКРОСИСТЕМ С МАЛОЙ ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТЬЮ

Специальность 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых

эффектах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2005г.

Работа выполнена в Государственном учреждении Научно-производственный комплекс «Технологический центр» Московского государственного института электронной техники (технического университета).

Научный руководитель: член-корреспондент РАН,

доктор технических наук, профессор Чаплыгин Ю.А.

Научный консультант:

кандидат технических наук Амеличев В.В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Шевяков В.И.

заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Зайцев H.A.

Ведущая организация: Московский государственный институт электроники и математики

Защита диссертации состоится «29» декабря 2005г. в 14 часов 30 минут в аудитории 3103 на заседании Диссертационного совета Д 212.134.01 при Московском государственном институте электронной техники (техническом университете) по адресу: 124498, г.Москва, Зеленоград, проезд 4806, д.5, МИЭТ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан «28» ноября 2005г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета, д.т.н., проф.

пит

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В настоящее время для совершенствования современных систем безопасности и систем контроля окружающей среды требуется портативная, малогабаритная и многофункциональная аппаратура. Для создания такой аналитической и исследовательской аппаратуры необходима разработка малопотребляющих миниатюрных преобразователей различных физических величин. Это соответствует общей тенденции развития микроэлектроники и микросистем - микроминиатюризации, заключающейся в уменьшении габаритных размеров, потребляемой электрической мощности и себестоимости производства. Разработка портативных устройств, представляющих собой интегрированные системы на основе преобразователей различных физических величин, обеспечивает создание всепроникающей информационно-интеллектуальной среды, в которой живет человек.

Важным фактором обеспечения безопасности жизнедеятельности человека является точный контроль параметров окружающего воздуха. Перспективной элементной базой устройств контроля параметров газовой среды являются интегральные термоэлементы, изготовленные по микросистемной технологии. С начала 90-х годов XX века уже создан достаточно широкий набор компактных высокочувствительных преобразователей различных параметров газовой среды. Мировая практика создания высокочувствительных датчиков направлена на интеграцию чувствительного элемента со схемами усиления и нормирования сигнала. Однако, существующие конструктивно-технологические решения для выпускаемых преобразователей имеют ряд ограничений, возникающих при интеграции с электронными вычислительными схемами на одном кристалле. Эти ограничения связаны с конструкцией преобразователя, материалом чувствительного элемента и технологией его формирования. Поэтому усилия многих научных коллективов направлены на разработку перспективных конструктивно-технологических базисов термоэлементов, позволяющих создавать интегрированные портативные многофункциональные микросистемы.

АКТУАЛЬНОСТЬ

В рассматриваемых интегральных микроустройствах происходит либо преобразование тепловой энергии в электрический сигнал, либо в состав микроустройств включен нагревательный элемент для создания заданного распределения температуры. Следует отметить, задаваемые значения температуры в локальных областях превосходят температуру подложки или корпуса на десятки-сотни градусов Цельсия. Такие микросистемы называются термомикросистемами. В качестве примеров термомикросистем в настоящей работе подробно рассматриваются тер-моанемометрические преобразователи, чувствительные элементы датчиков состава газа на основе полупроводящих пленок оксидов металлов и преобразователи инфракрасного излучения (неохлаждаемые микроболометры).

ЦЕЛЬ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ - создание и исследование конструктивно-технологического базиса для термомикросистем, обладающих высокой чувствительностью, низкой потребляемой мощностью, малыми габаритными размерами, массой и временем срабатывания.

Основные ЗАДАЧИ, которые нужно решить для достижения цели:

1) Провести анализ состояния и тенденций развития микросистемной техники, в частности, термомикросистем и технологий их изготовления;

2) Выявить основные закономерности конструирования термомикросистем с высокой чувствительностью, низкой потребляемой мощностью, малым временем срабатывания;

3) Определить принципы создания реализуемого в производстве кремниевых ИС конструктивно-топологического и структурно-технологического базиса для термомикросистем;

4) Разработать и исследовать конструктивно-технологический базис для создания термомикросистем на примере экспериментальных конструкций чувствительных элементов термоанемометрических преобразователей, датчиков взрывоопасных газов и неохлаждаемых микроболометров.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА результатов, полученных в настоящей работе, заключается в следующем:

1. Разработана физическая модель трехэлементного термо-анемометрического преобразователя, позволяющая рассчитывать

уровень выходного сигнала в зависимости от конструктивных параметров и свойств материалов.

2. Разработаны методики экспериментального определения коэффициентов физической модели трехэлементного термоанемо-метрического преобразователя.

3. Разработан принцип построения интегральных чувствительных элементов термомикросистем, заключающийся в комплексной реализации следующих требований:

1) термочувствительные элементы должны формироваться на основе тонкой пленки материала, обладающего высоким ТКС (более 0,3 %/°С);

2) теплоизоляция интегрального термоэлемента от подложки должна осуществляться с помощью диэлектрической мембраны и воздушного зазора;

3) диэлектрическая мембрана не должна быть деформированной, с внутренними механическими напряжениями близкими к нулю;

4) термочувствительный материал должен быть защищен от воздействия внешней среды;

5) технология формирования микромостиков и диэлектрических мембран, основанная на операции травления «жертвенных» областей кремния, должна обладать селективностью к используемым диэлектрическим и металлическим пленкам.

4. С помощью разработанной модели интегрального трехэлементного термоанемометрического преобразователя показана нелинейная зависимость выходного сигнала от скорости потока, что подтверждено экспериментальными данными.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ результатов, полученных в процессе работы над диссертацией:

1. Разработанная физическая модель трехэлементного термоанемометрического преобразователя позволяет проводить оптимизацию конструкции устройства с целью достижения высокой чувствительности в заданном диапазоне скоростей потока газа.

2. Разработан новый оригинальный конструктивно-технологический базис чувствительных, нагревательных и вспомогательных элементов для создания интегральных термомикросистем, основанный на технологических процессах, применяемых в производстве ИС.

3. Разработаны технологические процессы создания кристаллов преобразователя датчика взрывоопасных газов, преобразователя измерителя расхода газа и неохлаждаемого микроболометрического преобразователя.

4. Разработана технология формирования тонкой металло-ксидной полупроводящей пленки, обладающей ТКС 1,5-3,0 %ГС.

5. Установленные экспериментальные зависимости уровня выходного сигнала от скорости потока газа могут быть использованы для дальнейших исследований и оптимизации интегральных тер-моанемометрических преобразователей.

РЕАЛИЗАЦИЯ результатов диссертации заключается в использовании разработанных конструкций и технологий изготовления термомикросистем в ГУ НПК «Технологический центр» МИЭТ в рамках НИР:

1. Неохлаждаемый микроболометр [Текст]: Отчет о НИР (заключительный) / ГУ НПК «Технологический центр» МИЭТ; Научный руководитель Галушков А.И.; Исполн.: Поло-мошнов С.А. [и др.] - Лозунг-3; № ГР 01200116620; Инв. № 02200404764. - М., ВНТИ Центр, 2003. - 87 с.

2. Микротермоанемометр [Текст]: Отчет о НИР (заключительный) / ГУ НПК «Технологический центр» МИЭТ; Научный руководитель Амеличев В.В.; Отв. исполн.: Поло-мошнов С.А. - Лозунг-4; № ГР 01200211150; Инв. № 02200403232. - М., ВНТИ Центр, 2004. - 65 с.

3. Разработка высокочувствительной термоанемомет-рической микросистемы прецизионного измерения расхода газовых потоков [Текст]: Отчет о НИР (заключительный)/ ГУ НПК «Технологический центр» МИЭТ; Научный руководитель Амеличев В.В.; Отв. исполн.: Поломошнов С.А. - Листопад-4; № ГР 01200407292; Инв. № 02200501739. - М., ВНТИ Центр, 2004.-57 с.

4. Разработка технологии производства микромеханических элементов для микросистемной техники по кремниевой

технологии [Текст]: Отчет о НИР (заключительный) / ГУ НПК «Технологический центр» МИЭТ; Научный руководитель Ше-лепин H.A.; исполн.: Поломошнов С.А. [и др.] - Микрос; № ГР У8564; Инв. № Г41450. - М., ВИМИ, 2004. - 188 с.

Практическая значимость и реализация подтверждены актом об использовании результатов диссертационной работы.

АПРОБАЦИЯ результатов диссертации.

Основные положения и результаты диссертационной работы представлены докладами на конференциях:

• IV-ой Международной научно-технической конференции «Электроника и информатика - XXI век» (Москва, Зеленоград, ноябрь 2002г.);

• Десятой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2003» (Москва, Зеленоград, апрель 2003г.);

• Одиннадцатой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2004» (Москва, Зеленоград, апрель 2004г.);

• XVI-ой Научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» (Крым, май 2004г.);

• девятой Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (Дивноморское, сентябрь 2004г.);

• 12-ой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2005» (Зеленоград, апрель 2005г.);

• Международной научно-технической конференции «Датчики и системы - 2005 (ДиС-2005)» (Пенза, июнь 2005г.);

• V-ой Международной научно-технической конференции «Электроника и информатика - 2005» (Москва, Зеленоград, ноябрь 2005г.).

По материалам диссертации был представлен доклад в рамках ХШ Международной студенческой школы-семинара «Новые информационные технологии» (Крым, май 2005г.).

По материалам диссертации ОПУБЛИКОВАННО 30 работ, включая 3 статьи, 22 доклада на различных научно-технических конференциях, 5 отчетов по НИР, финансируемых РФ.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

1. Физическая модель трехэлементного термоанемометрического преобразователя, определяющая влияние конструктивных параметров и свойств используемых тонкопленочных материалов на зависимость выходного сигнала от скорости газового потока. Физическая модель позволяет оптимизировать конструкцию интегрального термоанемометрического преобразователя.

2. Методика экспериментального определения коэффициентов физической модели трехэлементного термоанемометра.

3. Результаты оптимизации базовой конструкции трехэлементного термоанемометра, полученные с помощью физической модели для различных диапазонов скоростей потоков.

4. Новый конструктивно-технологический базис для создания термомикросистем с улучшенными техническими показателями (высокой чувствительностью, низкой потребляемой мощностью, малыми габаритными размерами, массой и временем срабатывания).

5. Способ формирования тонкой полупроводящей пленки с ТКС 1,5-3,0 %/°С.

6. Результаты теоретических и экспериментальных исследований разработанных термомикросистем, позволяющих сформулировать следующие заключения:

а) разработанный конструктивно-технологический базис позволяет изготавливать различные элементы высокочувствительных, малопотребляющих (менее 70 мВт) термомикросистем, обладающих малым временем срабатывания (от 1 с до 0,5 мс);

б) в области больших скоростей потока в интегральных термо-анемометрических преобразователях наблюдается характерная нелинейная зависимость выходного сигнала от расхода газа, что является нарушением закона Кинга для термоанемометриче-ских расходомеров;

в) возможно повышение жесткости диэлектрической мембраны за счет введения в ее состав пленки поликремния без ухудшения характеристик прибора.

ОБЪЕМ и СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация состоит из следующих структурных элементов: титульного листа, содержания, списка обозначений и сокращений, введения, четырех глав с выводами, заключения, списка использованной литературы из 169 наименования. В приложении представлен акт об использовании материалов диссертации при выполнении НИР в ГУ НИК ТЦ МИЭТ. Содержание диссертации изложено на 162 страницах, включая 65 рисунков и 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

ВО ВВЕДЕНИИ обоснована актуальность темы, определены цель и задачи исследования, изложены научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы основные научные положения, выносимые на защиту.

В ГЛАВЕ 1 проведен обзор типов современных изделий микросистемной техники (МСТ) и существующих технологий их создания. Выделены следующие основные типы промышленно изготавливаемых в настоящее время изделий МСТ: микроэлектромеханические системы -МЭМС, включающие в себя подвижные микроактюаторы, преобразователи физических величин, микрооптоэлектромеханические системы, радиочастотные объемные непланарные компоненты ИС; микрофлуид-ные системы и микросистемы для микросинтеза; микродетали и изделия на их основе.

Подробно рассмотрены и проанализированы конструкции известных интегральных термоанемометрических преобразователей, изготовленных с применением микросистемной технологии. Подчеркивается, что при создании интегрального термоанемометрического преобразователя необходимо использовать дополнительный элемент - нагреватель. Таким образом, перспективной для миниатюризации представляется конструкция трехэлементного термоанемометрического преобразователя (ТЭТАП).

Приведен обзор особенностей конструкций и технологий создания интегральных чувствительных элементов газочувствительного датчика и неохлаждаемых микроболометрических преобразователей на основе полупроводниковых металлоксидных слоев.

Для создания упомянутых интегральных термоанемометрических преобразователей, чувствительных элементов газочувствительных дат-

чиков и неохлаждаемых микроболометрических преобразователей на основе полупроводниковых металлоксидных слоев необходимо использовать общие принципы проектирования их отдельных компонентов, в частности: интегральных нагревательных элементов или термочувствительных резисторов. Для обеспечения хорошей теплоизоляции интегрального термоэлемента от подложки используются диэлектрические микромостики и мембраны.

На основании проведенного обзора предлагается классификация изделий микросистемной техники, показанная на рисунке 1.

Рисунок 1 - Основные типы современных изделий микросистемной техники.

В ГЛАВЕ 2 представлена разработанная физическая модель интегрального трехэлементного термоанемометрического преобразователя. Физическая модель интегрального трехэлементного термоанемометрического преобразователя построена на основе решения уравнения теплопроводности для системы, состоящей из нагревателя и двух термочувствительных резисторов, размещенных в трубопроводе (рисунок 2, а). Модель позволяет рассчитывать зависимость выходного сигнала от скорости потока газа и чувствительность трехэлементного термоанемометрического преобразователя с учетом его

конструктивных параметров. Распределение температур в трубопроводе при наличии потока газа, показано на рисунке 2, б.

1 - трубопровод постоянного сечения;

2 - терморезистор (в потоке до нагревателя);

3 - нагреватель;

4 - терморезистор (в потоке после нагревателя).

а)

шах

б)

а - принцип работы преобразователя; б - распределение температуры в потоке газа.

Рисунок 2 - Модель трехэлементного термоанемометрического преобразователя.

В разработанной модели определен основной параметр преобразователя - чувствительность, равный значению частной производной разности температуры в точках расположения терморезисторов (Т(Х) -Т(Х*)) по скорости потока газа V Используя полученные решения уравнения теплопроводности в виде функции температуры Т(х), выведено выражение для расчета чувствительности Исследованы зависимости расчетной чувствительности от конструктивных параметров преобразователя, в частности: от расстояния между термочувствительными резисторами и нагревателем, от формы поперечного сечения трубопровода. Сделан и обоснован вывод о том, что каждой измеряемой скорости потока газа соответствуют определенные расстояния терморезисторов от нагревателя, при которых чувствительность максимальна. Также в результате исследований выражения для чувствительности трехэлементного термоанемометрического преобразователя установлено, что невозможно сконструировать термоанемометрический преобразователь для измерения скорости потоков в широком диапазоне значений. Поэтому необходимо весь требуемый диапазон скоростей разбить на интервалы и для каждого из них рассчитать оптимальную конструкцию преобразователя. Для этого на основании проведенных исследований выражения для чувствительности сформулированы критерии большой и малой скорости потока газа.

С использованием программы конечно-элементного моделирования ЗОЬПЖЗБ из пакета КЕ ТСАЭ исследовано распределение температуры в структуре кремниевого кристалла с диэлектрической мембраной с расположенным на ней тонкопленочным нагревательным элементом. Расчет проведен для нескольких вариантов конструкций мембраны преобразователя датчика взрывоопасных газов: базового на основе комбинации диэлектрических пленок 813К4 и БЮг и предлагаемых с использованием слоя поликремния (рисунок 3). В результате расчетов с использованием программы ЗОЬГОКЗБ определена оптимальная конфигурация слоя поликремния в структуре мембраны кристалла преобразователя датчика взрывоопасных газов (рисунок 4). При этом в качестве основного критерия оптимизации выбрана мощность, потребляемая нагревателем в стационарном температурном режиме. Таким образом, получен конструктивный вариант преобразователя датчика взрывоопасных газов с повышенной прочностью мембраны, обеспечивающий при этом потребляемую мощность не более 20 мВт.

Рисунок 3 - Рассматриваемые конструктивные варианты кристалла преобразователя датчика взрывоопасных газов (Варианты А-Е): 1 - Si, толщина 500 мкм; 1.1 - Si, толщина 1 мкм; 2 - Si02, толщина 0,8 мкм; 3

- Si3N4, толщина 0,2 мкм; 4 - Si02, толщина 0,3 мкм; 5 - нагреватель; 6

- Si* (поликремний), толщина Н; 7 — газочувствительный слой.

Рисунок 4 - Расчетная зависимость мощности нагревателя \Ун от температуры нагревателя Тн для конструктивных вариантов А-Е.

В ГЛАВЕ 3 представлен разработанный новый конструктивно-технологический базис термомикросистем, представляющий собой совокупность теоретических основ функционирования гаких устройств, оригинальных конструктивных решений на основе диэлектрических мембран и технологий их изготовления Разработанный конструктивно-технологический базис позволяет создавать высокочувствительные термомикросистемы различного назначения с малой потребляемой мощностью, состоящие из различных интегральных термоэлементов, объединенных в электрическую схему в одном кристалле. Конструктивными элементами рассматриваемых термомикросистем (трехэлементного термоанемометрического преобразователя, преобразователя датчика взрывоопасных газов и неохлаждаемого микроболометрического преобразователя) являются чувствительные резистивные элементы и нагреватель. Вспомогательными элементами конструкций являются радиаторы и защитные крышки.

Разработаны конструкции и технологии изготовления интегральных тонкопленочных чувствительных термоэлементов: никелевых терморезисторов, микроболометрических структур на основе оксида ванадия УхОу и оксида титана Т\Оу. Разработана конструкция и технология изготовления нихромового нагревательного элемента.

Разработаны и изготовлены два варианта преобразователя измерителя расхода газа, представляющие собой микросборки кремниевых кристаллов и различающиеся типом диэлектрической мембраны в конструкции кристалла с интегральным трехэлементным термоанемомет-рическим преобразователем. В одном варианте термоэлементы размещаются на сплошной диэлектрической мембране (рисунок 5), в другом - на сложно профилированной (рисунок 6).

Рисунок 5 - Фотография центральной части кристалла ТЭТАП со сплошной диэлектрической мембраной.

а) б)

Рисунок 6 - Фотографии кристалла ТЭТАП со сложнопрофилиро-ванной диэлектрической мембраной: а - термочувствительные резисторы; б - общий вид кристалла.

Разработана конструкция и технология изготовления преобразователя датчика взрывоопасных газов на основе газочувствительных слоев 8п02 и WOз, формируемых на сплошной диэлектрической мембране (рисунок 7).

Рисунок 7 - Фотографии кристалла преобразователя датчика взрывоопасных газов с диэлектрической мембраной и газочувствительным слоем: а - на основе БпОг, нанесенным точечным способом из пасты, б - из WOз, полученным в процессе вакуумного термического испарения.

Разработаны варианты конструкций и технология изготовления чувствительных элементов неохлаждаемого микроболометрического преобразователя на основе пленок оксида ванадия УхОу и оксида титана ТиОу на сложнопрофилированной диэлектрической мембране (рисунок 8).

В) Г)

Рисунок 8 - Фотографии структур неохлаждаемых микроболометрических преобразователей. На рисунке а микроболометрический элемент демонтирован для демонстрации дна воздушной полости.

Оптимизирована структура диэлектрической мембраны на основе тонких пленок БЮ2 и 813Н4 с целью снижения уровня встроенных механических напряжений.

Разработана технология формирования тонких полупроводящих пленок УхОу и ПхОу, заключающаяся в последовательном прокислении соответствующих металлических пленок в процессе термического отжига в окисляющей среде и позволяющая достигать значений ТКС пленок в диапазоне 1,5-3,0 %/°С.

В ГЛАВЕ 4 представлены результаты экспериментальных исследований характеристик термоанемометрического преобразователя, преобразователя датчика взрывоопасных газов и неохлаждаемого микроболометрического преобразователя.

Разработана методика экспериментального определения коэффициентов физической модели термоанемометрического преобразователя.

Разработан и изготовлен лабораторный стенд-макет для исследования характеристик ТЭТАП. Разработана методика измерения выходной характеристики ТЭТАП. Максимальная относительная чувствительность преобразователя по потребляемой мощности составляет 7,17 мВ мВт' (л/мин)"1 в диапазоне расхода воздуха 0...0,04 л/мин. Потребляемая мощность при напряжении питания 5 В составляет около 24 мВт, при этом абсолютная чувствительность 0,17 В (л/мин)"1.

Зависимость выходного сигнала одноэлементного термоанемометра от скорости потока описывается известным законом Кинга:

и=А+Вг", (1)

где А и В - некоторые константы, зависящие от параметров конструкции устройства и характеристик газа, и - выходной сигнал, V - скорость потока газа. Наибольшую сложность при использовании формулы (1) для миниатюрных преобразователей представляет величина показателя степени п.

На практике для опытных образцов показатель п варьируется от 0,5 до 4 и определяется экспериментально для конкретной конструкции преобразователя. Совершенно очевидно, что в случае тонкопленочных резисторов интенсивность теплоотдачи выше, чем у проволочных резисторов в дискретных преобразователях. Из анализа формулы (1) следует вывод, что наибольшее влияние на крутизну выходной характеристики преобразователя будет оказывать величина показателя степени п. Поэтому большой интерес представляет исследование влияния величины этого параметра на выходную характеристику ТЭТАП. На основании исследований разработанной модели ТЭТАП в приближение больших скоростей с граничными условиями в виде постоянного напряжения на клеммах нагревательного элемента установлено, что наблюдается спад выходного сигнала после достижения некоторого граничного значения скорости потока. Полученный результат в относительных единицах представлен на рисунке 9. Подобная зависимость наблюдалась и при исследовании опытных образцов в режиме постоянного напряжения на клеммах питания мостовой схемы (рисунок 10).

Исследованы основные метрологические характеристики экспериментальных образцов преобразователей датчика взрывоопасных газов на основе газочувствительных слоев 8п02 и WOз в присутствии взрывоопасных газов Н2, СИ», С4Н10- Установлено, что экспериментальные образцы преобразователей датчика взрывоопасных газов наибольшую чувствительность проявляют к водороду. Полученные газочувствитель-

ные слои обладают хорошей стабильностью. Величина потребляемой мощности экспериментальных преобразователей составляет 35-40 мВт.

Скорость потока,м/с

Рисунок 9 - Выходная характеристика ТЭТАП, рассчитанная с помощью разработанной модели при разных значениях показателя степени«.

■ 1=ЗтА - Л" 1=4тА —X— 1=5тА ви*^"1=6тА

Рисунок 10 -Экспериментальная зависимость выходного сигнала ТЭТАП от скорости потока газа, полученная при пяти значениях тока, протекающего через нагревательный элемент.

Проведенные на разработанном стенде исследования параметров экспериментальных образцов неохлаждаемого микроболометрического преобразователя показали, что:

- значения тепловой постоянной времени лежат в диапазоне значений 0,5- 2,0 мс;

- частотная зависимость плотности мощности шума микроболометрических элементов с электрическим сопротивлением 170-320 кОм характеризуется наличием избыточной компоненты (///"-типа), при этом удвоение плотности мощности шума по отношению к величине, определяемой формулой Найквиста, происходит при токах 8-40 мкА на частотах из ориентировочного интервала 5-100 Гц, а значения у при этом равны 0,25^-0,4;

- измеренные значения удельной обнаружительной способности микроболометрических элементов при воздействии модулированного с частотой 10 Гц излучения модели АЧТ с температурой 373 К составляют 2,9*105-3,4 хЮ6 смГц,/2/Вт.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ содержит общие выводы по работе:

В настоящей работе проведена разработка и исследование конструктивно-технологического базиса для создания термомикросистем, обладающих высокой чувствительностью, низкой потребляемой мощностью, малыми габаритными размерами, массой и временем срабатывания. Основные результаты выполненной работы заключаются в следующем:

1. Проведен анализ современных типов изделий микросистемной техники и интегральных технологий их изготовления. В самостоятельный класс изделий из общей классификации микросистемной техники выделены термомикросистемы, для которых определены особенности конструкций.

2. Разработана физическая модель трехэлементного термоанемо-метрического преобразователя на основе уравнения теплового баланса. Модель позволяет рассчитывать зависимость выходного сигнала от скорости потока газа и чувствительность преобразователя с учетом его конструктивных параметров. С использованием программы конечно-элементного моделирования БОЬШШЗО из пакета КЕ ТСА1) проведена оптимизация конструкции мембраны с повышенной прочностью в кремниевом кристалле преобразователя дат-

чика взрывоопасных газов, позволяющая обеспечить потребляемую мощность не более 20 мВт.

3. Сформулирован базовый принцип проектирования термоэлементов высокочувствительных термомикросистем с малой потребляемой мощностью. С использованием базового принципа разработан новый конструктивно-технологический базис для высокочувствительных термомикросистем на основе диэлектрической мембраны с малой потребляемой мощностью, представляющий собой совокупность теоретических основ, оригинальных конструктивных решений составных элементов и разработанных технологических методов их реализации в интегральном исполнении.

4. На основе разработанных оригинальных конструкций и технологий изготовления в ГУ НПК «Технологический центр» МИЭТ изготовлены экспериментальные образцы трехэлементных термоане-мометрических преобразователей, преобразователей датчиков взрывоопасных газов и структур неохлаждаемых микроболометрических преобразователей.

5. Результаты экспериментальных исследований подтверждают справедливость теоретических выводов и показывают возможность достижения высоких технических характеристик разработанных термомикросистем. Относительная чувствительность трехэлементных термоанемометрических преобразователей составляет 7,17 мВ мВт" (л/мин)*1 при потребляемой мощности 24 мВт. Порог срабатывания преобразователей датчика взрывоопасных газов на наличие водорода в воздухе равен 0,02 об.%, при этом потребляемая мощность составляет 35-40 мВт и время срабатывания - 0,5-1,0 с. Диапазон значений удельной обнаружительной способности структур неохлаждаемых микроболометрических преобразователей лежит в пределах от 2,9x105 до 3,4><106 см'Гц1/2/Вт при потребляемой мощности около 0,1 мВт, тепловая постоянная времени - 0,5-^2,0 мс.

6. Полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований конструктивно-технологического базиса для термомикросистем с малой потребляемой мощностью использованы в Государственном Учреждении Научно-производственный комплекс «Технологический центр» МИЭТ для выполнения НИР: «Неохлаж-даемый микроболометр» (Шифр: Лозунг-3, №ГР 01200116620), «Микротермоанемометр» (Шифр: Лозунг-4, №ГР 01200211150), «Разработка высокочувствительной термоанемометрической микросистемы прецизионного измерения расхода газовых потоков»

(Шифр: Листопад-4, №ГР 01200407292), «Разработка технологии производства микромеханических элементов для микросистемной техники по кремниевой технологии» (Шифр: Микрос, №ГР У8564).

Таким образом, в результате выполнения диссертационной работы разработан новый оригинальный конструктивно-технологический базис термомикросистем, с помощью которого возможно создание интегрированных портативных многофункциональных чувствительных микросистем.

ПУБЛИКАЦИИ по теме диссертации:

1. Амеличев В.В., Годовицын И.В., Красюков А.Ю., Поломошнов С.А., Чаплыгин Ю.А. Оптимизация конструкции мембраны в теплодис-персионном датчике взрывоопасных газов / Известия высших учебных заведений. Электроника. №3. 2005. - С.60-67.

2. Амеличев В.В., Поломошнов С.А. Термоанемометрический преобразователь на основе тонкопленочной диэлектрической мембраны / Электронная промышленность. №3. 2005. - С.25-27.

3. Поломошнов С.А., Чаплыгин Ю.А., Амеличев В.В., Годовицын И.В., Иванова О.М., Крутоверцев С.А. Преобразователь датчика взрывоопасных газов на диэлектрической мембране / Нано- и микросистемная техника. №10.2005. - С.39-42.

4. Амеличев В.В., Галушков А.И., Поломошнов С.А, Исследование возможности создания интегрального неохлаждаемого микроболометра / Электроника и информатика -XXI век. IV Международная научно-техническая конференция: Тезисы докладов. Часть 2. - М.: МИЭТ, 2002.-С.9-10.

5. Поломошнов С.А. Формирование диэлектрических микробалок с низким уровнем встроенных механических напряжений / Микроэлектроника и информатика - 2003. Десятая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. - М.: МИЭТ, 2003. - С.108.

6. Поломошнов С.А. Разработка интегрального термоанемометри-ческого преобразователя / Микроэлектроника и информатика - 2004. Одиннадцатая Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. - М.: МИЭТ, 2004. -С.123.

7. Амеличев В.В., Годовицын И.В., Красюков А.Ю., Поломошнов С.А, Чаплыгин Ю.А. Разработка интегрального газочувствительного датчика с использованием средств моделирования / «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления». Сборник материалов XVI Научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов / Под редакцией профессора В. Н. Азарова. М.: МГИЭМ, 2004. - С.43-44.

8. Амеличев В.В., Егрин М.А., Поломошнов С.А., Чаплыгин Ю.А. Разработка термоанемометрического преобразователя для контроля расхода газа / «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники». Сборник трудов девятой международной научно-технической конференции. Часть 2. Таганрог, 2004. С.190-193.

9. Поломошнов С.А. Физическая модель интегрального трехэлементного термоанемометра / Микроэлектроника и информатика - 2005. 12-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. -М.: МИЭТ, 2005.-С. 131.

10. Поломошнов С.А., Чаплыгин Ю.А. Применение математического моделирования при разработке теплодисперсионных МЭМС / «Новые информационные технологии». Тезисы докладов XIII Международной студенческой школы-семинара - М.: МГИЭМ, 2005. - С.306-307.

11. Амеличев В.В., Годовицын И.В., Иванова О.М., Крутоверцев С.А., Поломошнов С.А., Шелепин H.A. Маломощный датчик взрывоопасных газов, изготовленный по технологии МЭМС / Датчики и системы - 2005 (ДиС-2005). Программа и тезисы докладов Международной научно-технической конференции / Под редакцией д.т.н., профессора, академика Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского, Академии навигации и управления движением Е.А. Мокрова, к.т.н., профессора, академика Академии проблем качества РФ A.B. Блинова -Пенза: ФНЦП ФГУП «НИИ физических измерений». 2005. - С.57-58.

12. Амеличев В.В., Поломошнов С.А., Чаплыгин Ю.А. Интегральный преобразователь для измерителя расхода газа / Датчики и системы - 2005 (ДиС-2005). Программа и тезисы докладов Международной научно-технической конференции / Под редакцией д.т.н., профессора, академика Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского, Академии навигации и управления движением Е.А. Мокрова, к.т.н., профессора, академика Академии проблем качества РФ A.B. Блинова -Пенза: ФНЦП ФГУП «НИИ физических измерений». 2005. - С.67.

13.Амеличев В.В., Годовицын И.В., Иванова О.М., Крутоверцев С.А., Поломошнов С.А., Шелепин Н А. Маломощный датчик взрывоопасных газов, изготовленный по технологии МЭМС / Датчики и системы - 2005 (ДиС-2005). Сборник докладов Международной научно-технической конференции / Под редакцией Е.А. Мокрова. - Пенза: ФНЦП ФГУП «НИИ физических измерений». 2005. - С.205-207.

М.Амеличев В.В., Поломошнов С.А., Чаплыгин Ю.А. Интегральный преобразователь для измерителя расхода газа / Датчики и системы - 2005 (ДиС-2005). Сборник докладов Международной научно-технической конференции / Под редакцией Е.А. Мокрова. - Пенза: ФНЦП ФГУП «НИИ физических измерений». 2005,- С.236-237.

15. Амеличев В.В., Галушков А.И., Поломошнов С.А., Сауров А.Н. Конструктивно-технологический базис для перспективных термомикросистем / Электроника и информатика - 2005. V Международная научно-техническая конференция: Материалы конференции. Часть 1. - М.: МИЭТ, 2005. - С.54-55.

16. Лурье В.И., Поломошнов С.А., Чаплыгин Ю.А. Исследование выходной характеристики трехэлементного термоанемометрического преобразователя скорости потока газа / Электроника и информатика -2005. V Международная научно-техническая конференция: Материалы конференции. Часть 1. - М.: МИЭТ, 2005. - С.76-77.

17. Поломошнов С.А. Моделирование сверхпроводникового скоростного микроболометра / Микроэлектроника и информатика - 98. Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов: В 2-х ч. Тезисы докладов. 4.1. - М.: МИЭТ, 1998. - С.64.

18. Волков С.И., Поломошнов СЛ., Полякова Е.В. Исследование и моделирование сверхпроводникового скоростного микроболометра / «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления». Сборник материалов X Юбилейной Научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов / Под редакцией профессора В. Н. Азарова.В 2-х томах М.: МГИЭМ, 1998. - С.70-71.

19. Поломошнов С.А. Моделирование конструкции магнитодатчи-ка / «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления. Датчик - 2000». Сборник материалов XII Научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов / Под редакцией профессора В. Н. Азарова. М.: МГИЭМ, 2000. - С.35.

20. Галушков А.И., Поломошнов С.А., Шубин C.B. Магниточувст-вительная микросистема на основе биполярного двухколлекторного транзистора / Электроника и информатика -XXI век. Третья междуна-

родная научно-техническая конференция. Тезисы докладов. - ML: МИЭТ, 2000. - С.266.

21. Поломошнов С.А. От магнитотранзистора к магниточувстви-тельной микросистеме / Микроэлектроника и информатика - 2001. Восьмая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. - М.: МИЭТ, 2001. - С. 25.

22. Поломошнов С.А. Разработка и исследование параметров элементной базы магниточувствительных микросистем / Микроэлектроника и информатика - 2002. Девятая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. -М.: МИЭТ, 2002.-С.16.

23.Амеличев В.В., Галушков А.И., Поломошнов С.А. Интегральный датчик силы тока / «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления». Сборник материалов XIV Научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов / Под редакцией профессора В. Н. Азарова. М.: МГИЭМ, 2002. - С. 154.

24.Амеличев В.В., Галушков А.И., Поломошнов С.А. Исследования режима самокомпенсации температурного изменения чувствительности ячейки интегрального матричного преобразователя магнитного поля / Датчики и системы: Сборник докладов международной конференции. Том 1. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2002. - С.57-60.

25.Amelichev V., Galushkov A., Polomoshnov S., Chaplygin Iu. Integrated Sensor of Current / Abstracts of International Conference "Micro- and nanoelectronics - 2003". Moscow - Zvenigorod, Russia. - P.03-73.

Подписано в печать: 28.11.2005г.

Формат 60x84 1/16. Уч.-изд.л. Тираж 100 экз. Заказ

Отпечатано в типографии ИПК МИЭТ.

124498, г.Москва, Зеленоград, проезд 4806, д.5, стр.1, МИЭТ

•23 9 1 6

РНБ Русский фонд

2006-4 23235

Обозначения и сокращения

Введение

1 Современные типы изделий микросистемной техники и интегральные технологии, применяемые при их создании

1.1 Основные современные типы изделий микросистемной техники

1.2 Базовые технологии создания микросистем и используемые материалы

1.2.1 Технология объемной микрообработки кремния

1.2.2 Технология поверхностной микрообработки

1.2.3 Технологии микроформовки

1.2.4 Перспективные микросистемные технологии и материалы

1.3 Термомикросистемы

1.3.1 Термоанемометрические преобразователи

1.3.2 Чувствительные элементы датчиков состава газа на основе полупроводящих пленок оксидов металлов

1.3.3 Неохлаждаемые микроболометрические преобразователи

1.4 Особенности конструкций термомикросистем

1.5 Перспективы создания многофункциональных интегрированных систем на основе термомикросистем

1.6 Выводы

2 Разработка физических моделей и моделирование конструктивных узлов термомикросистем

2.1 Физическая модель трехэлементного термоанемометрического преобразователя

2.1.1 Уравнение теплопроводности для трехэлементного термоанемометрического преобразователя

2.1.2 Стационарное решение уравнения теплопроводности для трехэлементного термоанемометрического преоб- 60 разователя и его исследование

2.1.3 Исследование выражения для расчета чувствительности трехэлементного термоанемометрического преоб- 64 разователя

2.1.4 Чувствительность трехэлементного термоанемометрического преобразователя в приближении малых скоро- 67 стей

2.1.5 Чувствительность трехэлементного термоанемометрического преобразователя в приближении больших ско- 68 ростей

2.2 Моделирование распределения температуры в интегральной структуре с расположенным на диэлектрической мембране 70 тонкопленочным нагревателем

2.3 Выводы 80 3 Разработка конструктивно-технологического базиса для термомикросистем на основе диэлектрической мембраны

3.1 Элементы конструкций термомикросистем на основе диэлектрической мембраны

3.1.1 Конструкции чувствительных элементов термомикросистем

3.1.2 Конструкции нагревательных элементов термомикросистем

3.2 Конструкции термомикросистем 90 3.2.1 Конструкции трехэлементного термоанемометриче- ^ ского преобразователя

3.2.2 Конструкция преобразователя датчика взрывоопасных газов на основе полупроводящих пленок оксидов ме- 93 таллов

3.2.3 Конструкции неохлаждаемых микроболометрических ^ преобразователей

3.3 Технология изготовления термомикросистем на основе диэлектрической мембраны

3.3.1 Особенности создания диэлектрических мембран для термомикросистем

3.3.2 Технология изготовления термочувствительных и нагревательных элементов

3.3.3 Вспомогательные элементы термомикросистем и технология их изготовления

3.4 Выводы 119 4 Экспериментальные исследования характеристик термомикросистем

4.1 Исследование экспериментальных образцов термоанемомет-рического преобразователя

4.1.1 Методика нахождения коэффициентов физической модели трехэлементного термоанемометрического 121 преобразователя

4.1.2 Экспериментальное исследование чувствительности термоанемометрического преобразователя

4.2 Исследование экспериментальных образцов преобразователей датчика взрывоопасных газов

4.3 Исследование экспериментальных образцов неохлаждаемых микроболометрических преобразователей

4.4 Выводы 143 Заключение 145 Список использованных источников

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ДВОГ - датчик взрывоопасных газов;

ЖХТ — жидкостное химическое травление;

ИС - интегральная схема или во мн. ч. интегральные схемы;

ИРГ - измеритель расхода газа;

КНИ — структуры «кремний на изоляторе»;

МЭМС — микроэлектромеханическая система;

МСТ - микросистемная техника;

НМБП — неохлаждаемый микроболометрический преобразователь;

ОЗУ — оперативное запоминающее устройство;

ПГФ - парогазовая фаза;

ПХО - плазмохимическое осаждение;

ПХТ - плазмохимическое травление;

ТКС - температурный коэффициент сопротивления;

ТЭТАП — трёхэлементный термоанемометрический преобразователь;

ЧЭ - чувствительный элемент.

В настоящее время для совершенствования современных систем безопасности и систем контроля окружающей среды требуется портативная, малогабаритная и многофункциональная аппаратура [1-2]. Для создания такой аналитической и исследовательской аппаратуры необходима разработка малопотребляющих миниатюрных преобразователей различных физических величин. Это соответствует общей тенденции развития микроэлектроники и микросистем - микроминиатюризации, заключающейся в уменьшении габаритных размеров, потребляемой электрической мощности и себестоимости производства [3]. Разработка портативных устройств, представляющих собой интегрированные системы на основе преобразователей различных физических величин, обеспечивает создание всепроникающей информационно-интеллектуальной среды, в которой живет человек [4].

АКТУАЛЬНОСТЬ

Важным фактором обеспечения безопасности жизнедеятельности человека является точный контроль параметров окружающего воздуха. Перспективной элементной базой устройств контроля параметров газовой среды являются интеграль-® ные термоэлементы, изготовленные по микросистемной технологии. С начала 90-х годов XX века уже создан достаточно широкий набор компактных высокочувствительных преобразователей различных параметров газовой среды. Мировая практика создания высокочувствительных датчиков направлена на интеграцию чувствительного элемента со схемами усиления и нормирования сигнала. Однако, существующие конструктивно-технологические решения для выпускаемых преобразователей имеют ряд ограничений, возникающих при интеграции с электронными вычислительными схемами на одном кристалле. Эти ограничения связаны с конструкцией преобразователя, материалом чувствительного элемента и технологией его # формирования. Поэтому усилия многих научных коллективов направлены на разработку перспективных конструктивно-технологических базисов термоэлементов, позволяющих создавать интегрированные портативные многофункциональные микросистемы.

В рассматриваемых интегральных микроустройствах происходит либо преобразование тепловой энергии в электрический сигнал, либо в состав микроустройств включен нагревательный элемент для создания заданного распределения температуры. Следует отметить, задаваемые значения температуры в локальных областях превосходят температуру подложки или корпуса на десятки-сотни градусов Цельсия. Такие микросистемы называются термомикросистемами. В качестве примеров термомикросистем в настоящей работе подробно рассматриваются тер-моанемометрические преобразователи, чувствительные элементы датчиков состава газа на основе полупроводящих пленок оксидов металлов и преобразователи инфракрасного излучения (неохлаждаемые микроболометры).

ЦЕЛЬ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ - создание и исследование конструктивно-технологического базиса для термомикросистем, обладающих высокой чувствительностью, низкой потребляемой мощностью, малыми габаритными размерами, массой и временем срабатывания.

Основные ЗАДАЧИ, которые нужно решить для достижения цели:

1) Провести анализ состояния и тенденций развития микросистемной техники, в частности, термомикросистем и технологий их изготовления;

2) Выявить основные закономерности конструирования термомикросистем с высокой чувствительностью, низкой потребляемой мощностью, малым временем срабатывания;

3) Определить принципы создания реализуемого в производстве кремниевых ИС конструктивно-топологического и структурно-технологического базиса для термомикросистем;

4) Разработать и исследовать конструктивно-технологический базис для создания термомикросистем на примере экспериментальных конструкций чувствительных элементов термоанемометрических преобразователей, датчиков взрывоопасных газов и неохлаждаемых микроболометров.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА результатов, полученных в настоящей работе, заключается в следующем:

1. Разработана физическая модель трехэлементного термоанемометр иче-ского преобразователя, позволяющая рассчитывать уровень выходного сигнала в зависимости от конструктивных параметров и свойств материалов.

2. Разработаны методики экспериментального определения коэффициентов физической модели трехэлементного термоанемометрического преобразователя.

3. Разработан принцип построения интегральных чувствительных элементов термомикросистем, заключающийся в комплексной реализации следующих требований:

1) термочувствительные элементы должны формироваться на основе тонкой пленки материала, обладающего высоким ТКС (более 0,3 %/°С);

2) теплоизоляция интегрального термоэлемента от подложки должна осуществляться с помощью диэлектрической мембраны и воздушного зазора;

3) диэлектрическая мембрана не должна быть деформированной, с внутренними механическими напряжениями близкими к нулю;

4) термочувствительный материал должен быть защищен от воздействия внешней среды;

5) технология формирования микромостиков и диэлектрических мембран, основанная на операции травления «жертвенных» областей кремния, должна обладать селективностью к используемым диэлектрическим и металлическим пленкам.

4. С помощью разработанной модели интегрального трехэлементного термоанемометрического преобразователя показана нелинейная зависимость выходного сигнала от скорости потока, что подтверждено экспериментальными данными.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ результатов, полученных в процессе работы над диссертацией: ф 1. Разработанная физическая модель трехэлементного термоанемометрического преобразователя позволяет проводить оптимизацию конструкции устройства с целью достижения высокой чувствительности в заданном диапазоне скоростей потока газа.

2. Разработан новый оригинальный конструктивно-технологический базис чувствительных, нагревательных и вспомогательных элементов для создания интегральных термомикросистем, основанный на технологических процессах, применяемых в производстве ИС.

• 3. Разработаны технологические процессы создания кристаллов преобразователя датчика взрывоопасных газов, преобразователя измерителя расхода газа и неохлаждаемого микроболометрического преобразователя.

4. Разработана технология формирования тонкой металлоксидной полупроводящей пленки, обладающей ТКС 1,5-КЗ,0 %/°С.

5. Установленные экспериментальные зависимости уровня выходного сигнала от скорости потока газа могут быть использованы для дальнейших исследований и оптимизации интегральных термоанемометрических преобразователей.

РЕАЛИЗАЦИЯ результатов диссертации заключается в использовании разработанных конструкций и технологий изготовления термомикросистем в ГУ НПК «Технологический центр» МИЭТ в рамках НИР:

1. Неохлаждаемый микроболометр [Текст]: Отчет о НИР (заключительный) / ГУ НПК «Технологический центр» МИЭТ; Научный руководитель Галушков А.И.; Исполн.: Поломошнов С.А. [и др.] - Лозунг-3; № ГР 01200116620; Инв. № 02200404764. - М., ВНТИ Центр, 2003. - 87 с.

2. Микротермоанемометр [Текст]: Отчет о НИР (заключительный) /

ГУ НПК «Технологический центр» МИЭТ; Научный руководитель Амеличев В.В.; Отв. исполн.: Поломошнов С.А. - Лозунг-4; № ГР 01200211150; Инв. № 02200403232. - М., ВНТИ Центр, 2004. - 65 с.

3. Разработка высокочувствительной термоанемометрической микросистемы прецизионного измерения расхода газовых потоков [Текст]: Отчет о ф НИР (заключительный)/ ГУ НПК «Технологический центр» МИЭТ; Научный руководитель Амеличев В.В.; Отв. исполн.: Поломошнов С.А. - Листо-пад-4; № ГР 01200407292; Инв. № 02200501739. - М., ВНТИ Центр, 2004. -57 с.

4. Разработка технологии производства микромеханических элементов для микросистемной техники по кремниевой технологии [Текст]: Отчет о НИР (заключительный) / ГУ НПК «Технологический центр» МИЭТ; Научный руководитель Шелепин Н.А.; исполн.: Поломошнов С.А. [и др.] - Мик

• рос; № ГР У8564; Инв. № Г41450. - М., ВИМИ, 2004. - 188 с.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ и РЕАЛИЗАЦИЯ проведенных исследований подтверждены актом об использовании результатов диссертационной работы.

АПРОБАЦИЯ результатов диссертации.

Основные положения и результаты диссертационной работы представлены докладами на конференциях: 1У-ой Международной научно-технической конференции «Электроника и информатика - XXI век» (Москва, Зеленоград, ноябрь

2002г.) [5]; Десятой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2003» (Москва, Зеленоград, апрель 2003г.) [6]; Одиннадцатой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2004» (Москва, Зеленоград, апрель 2004г.) [7]; ХУ1-ой Научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» (Крым, май 2004г.) [8]; девятой Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (Дивноморское, сентябрь 2004г.) [9]; 12-ой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2005» (Зеленоград, апрель 2005г.) [10]; Международной научно-технической конференции

Датчики и системы - 2005 (ДиС-2005)» (Пенза, июнь 2005г.) [11-14]; У-ой Международной научно-технической конференции «Электроника и информатика -2005» (Москва, Зеленоград, ноябрь 2005г.) [15-16]. Также по материалам диссертации был представлен доклад в рамках XIII Международной студенческой школы-семинара «Новые информационные технологии» (Крым, май 2005г.) [17].

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации подготовлено 30 работ, включая 3 статьи [18-20], 22 доклада на различных научно-технических конференциях [5-17, 21-29], 5 отчетов по НИР, финансируемых РФ [30-34].

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

1. Физическая модель трехэлементного термоанемометрического преобразователя, определяющая влияние конструктивных параметров и свойств используемых тонкопленочных материалов на зависимость выходного сигнала от скорости газового потока. Физическая модель позволяет оптимизировать конструкцию интегрального термоанемометрического преобразователя.

2. Методика экспериментального определения коэффициентов физической модели трехэлементного термоанемометра.

3. Результаты оптимизации базовой конструкции трехэлементного термоанемометра, полученные с помощью физической модели для различных диапазонов скоростей потоков.

4. Новый конструктивно-технологический базис для создания термомикросистем с улучшенными техническими показателями (высокой чувствительностью, низкой потребляемой мощностью, малыми габаритными размерами, массой и временем срабатывания).

5. Способ формирования тонкой полупроводящей пленки с ТКС 1,5-3,0 %/°С.

6. Результаты теоретических и экспериментальных исследований разработанных термомикросистем, позволяющие сформулировать следующие заключения: а) разработанный конструктивно-технологический базис позволяет изготавливать различные элементы высокочувствительных, малопотребляющих (менее 70 мВт) термомикросистем, обладающих малым временем срабатывания (от 1 с до 0,5 мс); б) в области больших скоростей потока в интегральных термоанемометрических преобразователях наблюдается характерная нелинейная зависимость выходного сигнала от расхода газа, что является нарушением закона Кинга для термоанемометрических расходомеров; в) возможно повышение жесткости диэлектрической мембраны за счет введения в ее состав пленки поликремния без ухудшения характеристик прибора.

ОБЪЕМ и СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ:

Диссертация состоит из следующих структурных элементов: титульного листа, содержания, списка обозначений и сокращений, введения, четырех глав с выводами, заключения, списка использованной литературы из 169 наименования. Содержание диссертации изложено на 162 страницах, включая 65 рисунков и 8 таблиц.

4.4 Выводы

1. Разработана методика определения коэффициентов физической модели термоанемометрического преобразователя.

2. Разработан и изготовлен лабораторный стенд-макет для исследования характеристик ТЭТАП. Разработана методика измерения выходной характеристики ТЭТАП. Максимальная относительная чувствительность преобразователя по потребляемой мощности составила 7,17 мВ-мВт"1 -(л/мин)"1 в диапазоне расхода воздуха 0.0,04 л/мин. Потребляемая мощность при напряжении питания 5 В составляет около 24 мВт, при этом абсолютная чувствительность 0,17 В-(л/мин)"1.

3. Возможность прогнозирования аномального, с точки зрения дискретных макропреобразователей, поведения выходной характеристики интегрального ТЭТАП подтверждает справедливость разработанной модели.

4. Исследованы основные метрологические характеристики изготовленных экспериментальных образцов преобразователей датчика взрывоопасных газов на основе газочувствительных слоев Бп02 и \У03 в присутствии взрывоопасных газов Н2, СН4, С4Ню. Установлено, что экспериментальные образцы преобразователей датчика взрывоопасных газов наибольшую чувствительность проявляют к водороду. Полученные газочувствительные слои обладают хорошей стабильностью. Величина потребляемой мощности экспериментальных преобразователей составляет 35-40 мВт.

5. Проведенные на разработанном стенде исследования параметров экспериментальных образцов неохлаждаемого микроболометрического преобразователя показали, что: значения тепловой постоянной времени 25-ти исследованных образцов лежат в диапазоне значений 0,5+ 2,0 мс; частотная зависимость плотности мощности шума для 9-ти измеренных образцов микроболометрических элементов с электрическим сопротивлением 170+320 кОм характеризуется наличием избыточной компоненты (У/^типа), при этом удвоение плотности мощности шума по отношению к величине, определяемой формулой Найквиста, происходит при токах 8+10 мкА на частотах из ориентировочного интервала 5+100 Гц, а значения упри этом равны 0,25+0,4; измеренные значения удельной обнаружительной способности 25-ти микроболометрических элементов при воздействии модулированного с частотой 10 • Гц излучения модели абсолютно черного тела с температурой 373 К составляют

2,9хЮ5-3,4хЮ6 см Гц1/2/Вт.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе проведена разработка и исследование конструктивно-технологического базиса для создания термомикросистем, обладающих высокой чувствительностью, низкой потребляемой мощностью, малыми габаритными размерами, массой и временем срабатывания. Основные результаты выполненной работы заключаются в следующем:

1. Проведен анализ современных типов изделий микросистемной техники и интегральных технологий их изготовления. В отдельный самостоятельный класс изделий из общей классификации микросистемной техники выделены термомикросистемы, для которых определены особенности конструкций.

2. Разработана физическая модель трехэлементного термоанемометрическо-го преобразователя на основе уравнения теплового баланса. Модель позволяет рассчитывать зависимость выходного сигнала от скорости потока газа и чувствительность преобразователя с учетом его конструктивных параметров. С использованием программы конечно-элементного моделирования ЗОЬПЛБЗО из пакета 1БЕ ТСАХ) проведена оптимизация конструкции мембраны с повышенной прочностью в кремниевом кристалле преобразователя датчика взрывоопасных газов, позволяющая обеспечить потребляемую мощность не более 20 мВт.

3. Сформулирован базовый принцип проектирования термоэлементов высокочувствительных термомикросистем с малой потребляемой мощностью. С использованием базового принципа разработан новый конструктивно-технологический базис для высокочувствительных термомикросистем на основе диэлектрической мембраны с малой потребляемой мощностью, представляющий собой совокупность теоретических основ, оригинальных конструктивных решений составных элементов и разработанных технологических методов их реализации в интегральном исполнении.

4. На основе разработанных оригинальных конструкций и технологий изго

• товления в ГУ НПК «Технологический центр» МИЭТ изготовлены экспериментальные образцы трехэлементных термоанемометрических преобразователей, преобразователей датчиков взрывоопасных газов и структур неохлаждаемых микроболометрических преобразователей.

5. Результаты экспериментальных исследований подтверждают справедливость теоретических выводов и показывают возможность достижения высоких технических характеристик разработанных термомикросистем. Относительная чувствительность трехэлементных термоанемометрических преобразователей составляет 7,17 мВ-мВт"'-(л/мин)"' при потребляемой мощности 24 мВт. Порог срабатывания преобразователей датчика взрывоопасных газов на наличие водорода в воздухе равен 0,02 об.%, при этом потребляемая мощность составляет 35-40 мВт и время срабатывания - 0,5+1,0 с. Диапазон значений удельной обнаружительной способности структур неохлаждаемых микроболометрических преобразователей лежит в пределах от 2,9x10 до 3,4x10 см' Гц1/2/Вт при потребляемой мощности около 0,1 мВт, ® тепловая постоянная времени - 0,5+2,0 мс.

6. Полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований конструктивно-технологического базиса для термомикросистем с малой потребляемой мощностью использованы в Государственном Учреждении Научно-производственный комплекс «Технологический центр» МИЭТ для выполнения НИР: «Неохлаждаемый микроболометр» (Шифр: Лозунг-3, №ГР 01200116620), «Микротермоанемометр» (Шифр: Лозунг-4, №ГР 01200211150), «Разработка высокочувствительной термоанемометрической микросистемы прецизионного измерения расхода газовых потоков» (Шифр: Листопад-4, №ГР 01200407292), «Разработка технологии производства микромеханических элементов для микросистемнои техники по кремниевой технологии» (Шифр: Микрос, №ГР У8564), - что подтверждено актом об использовании результатов диссертационной работы.

Таким образом, в результате выполнения диссертационной работы разработан новый оригинальный конструктивно-технологический базис термомикросистем, с помощью которого возможно создание интегрированных портативных многофункциональных чувствительных микросистем.

1. Технология. Бизнес. №2. 2005. с.80-82.

2. Орлов А. Обеспечение безопасности людей от нелюдей. Форум «Технологии безопасности» / Электроника: Наука. Технология. Бизнес. №2. 2005. — с.86-88.

3. Вернер В.Д., Пурцхванидзе И.А. Микросистемы: проблемы и решения / Микросистемная техника. №10. 2002. С. 13-18.

4. Market Analysis for Microsystems 2000-2005: A Report from the NEXUS• Task Force / MST news. № 2/02. 2002. pp. 43-44.

5. К.Э. Циолковского, Академии навигации и управления движением Е.А. Мокрова, к.т.н., профессора, академика Академии проблем качества РФ A.B. Блинова Пенза: ФНЦП ФГУП «НИИ физических измерений». 2005. - С.57-58.

6. Амеличев В.В., Поломошнов С.А., Чаплыгин Ю.А. Интегральный преобразователь для измерителя расхода газа / Датчики и системы 2005 (ДиС-2005).

7. Сборник докладов Международной научно-технической конференции / Под редакцией Е.А. Мокрова. Пенза: ФНЦП ФГУП «НИИ физических измерений». 2005. -С.236-237.

8. Поломошнов С.А., Чаплыгин Ю.А. Применение математического моделирования при разработке теплодисперсионных МЭМС / «Новые информационные технологии». Тезисы докладов XIII Международной студенческой школы-семинара М.: МГИЭМ, 2005. - С.306-307.

9. Амеличев В.В., Годовицын И.В., Красюков А.Ю., Поломошнов С.А., Чаплыгин Ю.А. Оптимизация конструкции мембраны в теплодисперсионном датчике взрывоопасных газов / Известия высших учебных заведений. Электроника. №3. 2005. С.60-67.

10. Амеличев В.В., Поломошнов С.А. Термоанемометрический преобразователь на основе тонкопленочной диэлектрической мембраны / Электронная промышленность. №3. 2005. С.25-27.

11. Поломошнов С.А., Чаплыгин Ю.А., Амеличев В.В., Годовицын И.В., Иванова О.М., Крутоверцев С.А. Преобразователь датчика взрывоопасных газов на диэлектрической мембране / Нано- и микросистемная техника. №10. 2005. — С.39-42.

12. Поломошнов С.А. Моделирование сверхпроводникового скоростного микроболометра / Микроэлектроника и информатика 98. Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов: В 2-х ч. Тезисы докладов. 4.1. - М.: МИЭТ, 1998. - С.64.

13. Поломошнов С.А. От магнитотранзистора к магниточувствительной микросистеме / Микроэлектроника и информатика 2001. Восьмая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. - М.: МИЭТ, 2001. - С. 25.

14. Amelichev V., Galushkov A., Polomoshnov S., Chaplygin lu. Integrated Sensor of Current / Abstracts of International Conference "Micro- and nanoelectronics -2003". Moscow Zvenigorod, Russia. - P.03-73.

15. Микротермоанемометр Текст.: Отчет о НИР (заключительный) / ГУ ® НПК «Технологический центр» МИЭТ; Научный руководитель Амеличев В.В.;

16. Отв. исполн.: Поломошнов С.А. Лозунг-4; № ГР 01200211150; Инв. № 02200403232. - М., ВНТИ Центр, 2004. - 65 с.

17. Климов Д.М., Васильев A.A., Лучинин В.В., Мальцев П.П. Перспективы развития микросистемной техники в XXI веке / Микросистемная техника. №1. 1999.-С. 3-6.

18. Лучинин B.B., Степанов Ю.И., Телец B.A. Микросистемная техника. Прикладные области применения: Учебно-методическая разработка / ГОУ ВПО

19. Моск. государственный нн-т радиотехники, электроники и автоматики (технический ун-т)». М. 2004. - 100 с.

20. Распопов ВЛ. Микромеханические приборы. Учебное пособие / Тула: Тульский гос. ун-т. 2002. 392 с.

21. Мальцев П.П. О классификации в области микросистемной техники / Нано- и микросистемная техника. №1. 2005 С. 9-10.

22. T. Hey. Richard Feynman and computation / Contemporary Physics, vol. 40. №4. 1999.-P. 257-265.

23. Мальцев П.П. О терминологии в области микро- и наносистемной техники / Нано- и микросистемная техника. №9. 2005.- С. 2-5.

24. С. М. Но, Y. С. Tai. Review: MEMS and its applications for flow control / J. Fluids Eng. Vol. 118. №9. 1996. -pp. 437-447.

25. Соколов JI.В. О новых исследованиях и разработках в области сенсорных МЭМС-устройств / Датчики и системы. №3. 1999. С. 58-61.

26. Мальцев П.П. Микросистемная техника расширение возможностей микроэлектроники / Микроэлектроника. Т. 30. №1. 2001. -С. 32-34.

27. Соколов JI.B. Анализ возрастающих потребностей в миромеханических сенсорах и МЭМС / Датчики и системы. №6. 2005. С. 41-43.

28. R.S. Popovic, J.A. Flanagan, Р.А. Besse. The future of magnetic sensors / Sensor and Actuators A 56. 1996. pp. 39-55.

29. Галушков А.И., Чаплыгин Ю.А. Интегральные магниточувствительные микросистемы / Известия вузов. Электроника. №4-5. 2000. С. 124-127.

30. Телец В.А., Никифоров А.Ю. Микроэлектронные преобразователи физических величин и компоненты датчиков перспективная элементная база микросистемной техники / Микросистемная техника. №1. 2001.- С. 6-12.

31. Вернер В.Д., Сауров А.Н., Чаплыгин Ю.А., Шелепин Н.А. Микросистемы и биочипы трансфер технологии микроэлектроники / Электронные компоненты. №1. 2000. - С.3-5.

32. Сайт фирмы Segway Электронный ресурс./ www.segway.com/. 2005.

33. Шелепин Н.А. Кремниевые микросенсоры и микросистемы: от бытовой техники до авиационных приборов / Микросистемная техника. №1. 2000. С. 4143.

34. Шелепин Н.А. Кремниевые преобразователи физических величин икомпоненты датчиков. Датчики и микросистемы на их основе / Микросистемнаятехника. №9. 2002. С. 2-10.

35. P. Gravesen, J. Branebjerg, O.S. Jensen. Microfluidics a review / Journal of Micromechanics and Microengineering. Vol. 3. 1993. - pp. 168-182.

36. S. Shoji, M. Esashi. Microflow devices and systems / Journal of Micromechanics and Microengineering. Vol. 4. 1994. pp. 157-171.

37. M. Elwenspoek, T.S. Lammerink, R. Miyake, J.H.J. Fluitman. Towards integrated microliquid handling systems / Journal of Micromechanics and Microengineering. Vol. 4. 1994. pp.227-245.

38. T.S. Lammerink, M. Elwenspoek, J.H.J. Fluitman. Integrated micro-liquiddosing system / Proc. MEMS '93. 1993. pp. 254-259.

39. N.-T. Nguyen, A.H. Meng, J. Black, R.M. White. Integrated flow sensor for in situ measurement and control of acoustic streaming in flexural plate wave micropumps / Sensors and Actuators A: Physical. Vol. 79. 2000. pp.115-121.

40. N. Nguyen, X. Huang, T. Chuan. MEMS-Micropumps: A Review / Journal of Fluids Engineering. Vol. 124. Iss. 2. 2002. pp. 384-392.

41. Зимина Т. M., Лучинин В.В., Крапивина Е.В., Ресин А.С. Микросистемная техника и проблемы биомедицинского анализа. Часть 1. Основные классы• микроаналитических систем / Микросистемная техника. №2. 2000 С. 37-42.

42. Мирзабеков А.Д., Прокопенко Д.В., Чечеткин Р.В. Применение матричных биочипов с иммобилизованной ДНК в биологии и медицине / В кн.: Информационные медико-бологические технологии (под ред. В. А. Княжева и К.В.Судакова). М.: ГЭОТАР-МЕД. 2002. С.166-198.

43. Market Snapshot: Lab-on-a-Chip. 2004 Research Reports Электронный ® ресурс. / http://www.instat.com/. December, 2004. 36 p.

44. Мальцев П.П. Кристаллы для микросистемной техники / Chip news. №1. 2003.-С. 6-11.

45. R. Allan. MEMS: a new power source for portables Электронный ресурс. / http://www.elecdesign.com/Articles/Index.cfm?ArticleID=9850. 2005.

46. J. M. Grasmeyer, M. T. Keennon, Development of the Black Widow micro• air vehicle / 39th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, NV. Jan. 8-11. 2001. Paper AIAA-2001-0127.

47. Huaiyu Wu, Dong Sun, Zhaoying Zhou. Micro air vehicle: configuration, analysis, fabrication, and test / IEEE/ASME Trans, on Mechatronics. Vol. 9, Issue 1.• March, 2004.-pp. 108-117.

48. R. Allan. MEMS: a new power source for portables / Electronic design : technology, application, products solutions. Cleveland: Penton Media. Fasciculo. 2005. -P. 43-47.

49. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств: Справочник / М.: Радио и связь. 1991. 528 с.

50. Petersen К.Е. Silicon as a mechanical material / Proc. IEEE. №70. 1982. -pp.420-457.

51. Stix, G. Trends in micromechanics: micron machinations / Scientific American. Volume 267. №5. 1992. pp.72-80.

52. Колясников B.A., Рахимбабаев Т.Я. Синхротронное излучение в микротехнологии / Микросиситемная техника. № 1. 2000. С. 9-13.

53. A. Rogner, J. Eicher, D. Munchmeyer, R.-P. Peters, J. Mohr. The LIGA technique what are the new opportunities / J. of Micromechanics and Microengineering. Vol.2 №3. 1992.-pp. 133-140.

54. S. Stalder, P.K. Ajmera. Integration of LIGA Structures with CMOS Circuitry / Proc. SPIE. Polymer Photonic Devices. Vol. 3281. 1997. -pp.230-241.

55. Liga5 H. Elderstig, O. Larsson. Polymeric MST high precision at low cost / J. of Micromechanics and Microengineering. Vol. 7. №3. 1997. -pp.89-92.

56. Jin Tae Kim, Choon-Gi Choi. Integration of a polymeric planar-lightwave-circuit chip based on a polymer microsystem and a UV imprinting technique / J. of Micromechanics and Microengineering. Vol. 15. №6. 2005. pp.1140-1146.

57. Ikuta K., Hirowatai K. Real three dimensional microfabrication using stereolithography and metal molding / Proc. of IEEE MEMS. Washington. 1993. pp.42-47.

58. A. Bertsch, S. Jiguet, P. Bernhardt, P. Renaud. Microstereolithography: a Review / Proc. of Materials Research Society (MRS) Symposium, vol. 758. 2003. -pp.LLl.l.l-LL1.1.13.

59. A. Bertsch, H. Lorenz, P. Renaud. Combining microstereolithography and thick resist UV lithography for 3D microfabricathion / Proc. of IEEE MEMS '98. Washington. 1998.-pp. 18-23.

60. V.K. Varadan, V.V. Varadan. Microstereolithography and fabricathion of 3D MEMS and their applications / Proc. of SPIE. Vol. 4592. 2001. pp.9-20.

61. Сайт Кембриджского университета Электронный ресурс./ http://www-g.eng.cam.ac.uk/edm/research/mems/crystallinediamondMEMS.html2005.

62. Цейтлин В.Г. Техника измерения расхода и количества жидкостей газов и паров / М: Издательство стандартов. 1981.-191 с.

63. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник / Ленинград: Машиностроение. 1989.-701 с.

64. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества вещества: Справочник: Кн.1 / СПб.: Политехника. 2002. 409 с.

65. Понов С.Г. Измерение воздушных потоков / М.-Л.: ГИТТЛ. 1947.296 с.

66. Горлин С.М., Слезингер И.И. Аэромеханические измерения / М.: Наука. 1964. 1964.-720 с.

67. J. Chen, J. Zou, С. Liu. A Surface Micromachined, Out-of-Plane Anemometer / Proc. of MEMS 02, Las Vegas, NV. 2002. pp.332-335.

68. S. Hein, L. Qiu, E Schubert, A. Obermeier. Micro gas-flow sensor with integrated heat sink and flow guide / Sensors and Actuators A: Physical. Vol. 54. Iss. 1-3. 1996. -pp.547-551.

69. Соколов Л.В. Сенсорные твердотельные микроприборы и микросистемы на основе MEMS-технологий / Зарубежная электроника. Вып. 1. 1999. с.93-117.

70. Котов В.Н., Черепахин И.И. Твердотельный микроанемометр для жидких и газообразных сред / Электроника и информатика -XXI ввек. IV Междуна• родная научно-техническая конференция: Тезисы докладов. Часть 2. М.: МИЭТ, 2002. - с.42.

71. Котов В.Н., Черепахин И.И. Интегральный кремниевый микроанемометр для измерения расхода жидких и газообразных сред / Микросистемная техника. №8. 2003. С.14-20.

72. Patent U.S. 5,310,449; H01L 21/306; B44C 1/24. Process of making a solid state microanemometer. ; H. Thurman Henderson; Assignee: University of Cincinnati,• Cincinnati, Ohio. Appl. №95,948. Filed: Dec. 22, 1993. Date of Patent: May 10, 1994.

73. Patent U.S. 6,032,527; GO IF 1/68. Solid state microanemometer Текст. / P.A. Genova, T.W. Tsuei; Assignee: Memsys. Inc., Raleigh. N.C. Appl. №09/108,894. Filed: Jul. 1, 1998. Date of Patent: Mar. 7, 2000.

74. Мейзда Ф. Электронные измерительные приборы и методы измерения / Пер. с англ. Новиков В.Д. М.: Мир. 1990. 535 с.

75. Р. Могими. Микросхема усилителя для датчиков мостового типа / Электронные компоненты. №8. 2004. С. 37-40.

76. Рейнольде А.Д. Турбулентные теории в инженерных приложениях /

77. Пер. с англ. И.А.Шеренкова и А.П.Нетюхайло. М.: Энергия, 1979. 408 с.

78. Е. Meng, S. Wu, Y.-C. Tai. Silicon couplers for microfluidic applications / Fresenius Journal of Analytical Chemistry. № 371(2). 2001. -pp.270-275.

79. E. Meng, S. Gassmann, Y.-C. Tai. A MEMS Body Fluid Flow Sensor / Micro Total Analysis Systems 2001. Monterey, CA. 2001. pp. 167-168.

80. Carion F.E., Vally D.J., Loeb W.E. Poly-para-xydlylene in thin film applications / IEEE Trans, on PMP. Vol. PMP-1. №1. 1965. pp. 54-62.

81. Хара К. Полупроводниковые газовые датчики / Эрэкутороникусу, Electron. Mag. Т.29, N 6. 1984. С. 107-109.

82. Shiratovi M. Газовые сенсоры / Хемэн кагакую. J. Eurface Sei. Soc. Jap.

83. T.10.N 11. 1989. -C.925-932.

84. Вигдорович B.H., Марков Ф.В., Ухлинов Г.А. Пленочные термоэлектрические преобразователи для измерительной техники и приборостроения / Электронная промышленность. Вып. 2(14). 1985.-С. 10-13.

85. Голубков С.П., Василенко H.A., Тихонович В. Б. Прибор для стабилизации температуры полупроводниковых преобразователей давления / Физическая электроника: респ. межвуз. сб. Львов: Вища школа. Вып. 26. 1983. С.120-121.

86. Васильев A.A. Микромощные полупроводниковые сенсоры на тонкихдиэлектрических мембранах / Микросистемная техника. №10. 2004. с.7-12.

87. Васильев A.A., Олихов И.М., Соколов A.B. Газовые сенсоры для пожарных извещателей / Электроника: Наука. Технология. Бизнес. №2. 2005. с.24-27.

88. Figaro: датчики газов. Б-ка электронных компонентов. Вып. 30 / М.: Издательский дом «Додэка-ХХ1». 2003. 64 с.

89. Васильев A.A., Писляков A.B., M. Zen, В. Margazin, V. Guarniery, G. Soncini, G. Pignatel, G. Verzellesi. Газочувствительные приборы на микромашинной мембране: комбинация кремниевой технологии и технологии толстых пленок / Сенсор. №1. 2001. С. 17-21.

90. Березкин В.А., Шкуропат И.Г., Шокин А.Н. Разработка мембранной технологии для создания приборного ряда датчиков / Электронная промышленность. №3. 2004. С. 71-76.

91. S. Astié, А.М. Gué, Е. Scheid, J.P. Guillement. Design of a low power SnÛ2 gas sensor integrated on silicon oxynitride membrane / Sensors and Actuators. B67. 2000. -pp.84-88.

92. Lee D.-D.Sohn B.-K. CO sensitive SnO/Pt thick film / Proc. of the 2-nd Int.

93. Meeting on Chemical Sensors. Bordeaux. 1986. P.222-225.

94. Treitinger L., Voit H. Geputterte WO Dunnschichen als Halbleiter - Gassensoren fur reduzierende Gasse / NTG - Belichtung. №79. 1982.- S. 324-335.

95. Yamazoe N., Kurokawa Y., Seiyama Т. Hydrogen Sensitive Gas Detector Using Silver Added Thin (IV) Oxide / Chemistry Letters. №12. 1982. P.l899-1902.

96. Coper R.B., Advani G.M., Jordan A.G. Gas sensing mechanisms in SnO thin films / Journal of Electronic Materials. Vol.10. №3. 1981. P.455-472.

97. Logothetis E.M., Harley N., Keyaisea W.I. Selective methan sensors / Proc. of II Int. Meeting on chemical sensors. Bordeaux, France, July 7-10, 1986.

98. Мацуока M. Керамические полупроводниковые газовые датчики для городских газов / Эрэкутороникусу-Яп. Т. 24. 1980. №1.

99. Патент 58-48059 Японии, МКИ G 01 N 27/12. Газочувствительный элемент.

100. Фу М., Лин И., Хонг С. Способ изготовления трехкомпонентного газового сенсора / Инъюп хуфсюэ-Яп. Т.4, N 5. 1987. С.59-61.

101. К. Adamiec, A. Rogalski, J. Piotrowski. Progress in infrared detector technology / J. Tech. Phys. №38. 1997. pp. 431-488.

102. J. Piotrowski, A. Rogalski. New generation of infrared photodetectors / Sensors and Actuators. A 67. 1998. pp. 146-152.

103. H. Jerominek, F. Picard, N.R. Swart, M. Renaud, M. Levesque, M. Lehoux, ® J-S. Castonguay, M. Pelletier, G. Bilodeau, D. Audet, T.D. Pope, P. Lambert. Micromachined, unclooled, V02-based, IR bolometer arrays / Proc. SPIE. Vol. 2746. 1996. -pp. 60-71.

104. H. Wada, М. Nagashima, М. Kanzaki, Т. Sasaki, Y. Tsuruta, A. Kawahara, N. Oda, S. Matsumoto. Fabrication process of 256 X 256 bolometer type uncooled infra• red detector / / Proc. SPIE. Vol. 3224. 1997. pp. 40-51.

105. Березкин B.A., Борзов Е.И., Качуровский Ю.Г., Шокин А.Н., Шкуропат И.Г. Микроэлектронные газоаналитические приборы широкого применения / Электронная промышленность. №7-8. 1994.-С. 182-186.

106. С.-Н. Du, С. Lee. Optimization Criteria of CMOS Compatible Thermopile Sensors / Proc. SPIE. Design, Characterization, and Packaging for MEMS and Microelectronics. Vol. 3893. 1999.-pp.116-126.

107. Корляков A.B., Лучинин B.B., Никитин И.В. Применение SiC-^ микронагревательных систем в микросистемной технике / Микросистемная техника. №2. 2000. С. 27-31.

108. Васильев А.А., Корляков А.В., Никитин И.В. Тепловые микросистемы на основе карбида кремния / Петербургский журнал электроники. №3-4. 2000. С. 92-101.

109. Корляков А.В., Лучинин В.В., Никитин И.В. Размерные эффекты и эффекты масштабирования в теплофизических микросистемах / Петербургский журнал электроники. №4. 2001. С. 54-59.

110. Корляков А.В., Лучинин В.В., Никитин И.В., Серкова М.Н. Термомеханический микроактюатор / Петербургский журнал электроники. №4. 2001. С. 6570.

111. В. Courtois, S. Mir, В. Chariot, М. Lubaszewski. From Microelectronics to MEMS testing Электронный ресурс. / The TIMA Lab. Research Reports / http://tima.imag.fr/publications/files/rr/mmt103.pdf. 2000. -4 p.

112. F. Mayer, O. Paul, and H. Baltes, "Influence of Geometry and Packaging on the Response of Thermal CMOS Flow Sensors," presented at Transducers '95, Eurosensors IX, Stockholm, Sweden, 1995.

113. B. Chariot, S. Mir, E.F. Cota, M. Lubaszewski, B. Courtois. Fault simulation ® of thermal MEMS Электронный ресурс. / The TIMA Lab. Research Reports /http://tima.imag.fr/publications/files/rr/fst89.pdf. 1999. 9 p.

114. Госсорг Ж. Инфракрасная термография. / М.: Мир. 1988. 416 с.

115. Афонин А.В., Поляков B.C., Сергеев С.С. Инфракрасная термография в энергетике. Т 1. Основы инфракрасной термографии / Под ред. Р.К. Ньюпорта, А.И. Таджибаева. СПб.: Изд. ПЭИПК, 2000. 240 с.

116. Попов Г.В., Журавлев А.Н. Технология тепловизионного контроля в диагностике силовых трансформаторов / Вестник ИГЭУ. 2001 . Вып. 1. С. 21-24.

117. A. Gehani, J. Reif. Micro-Flow Bio-Molecular Computation / Biosystems. J. of Biological and Information Processing Sciences. Vol. 52(1-3). 1999. -P.197-216.

118. H.H. Bruun. Hot-Wire Anemometry / Oxford: Oxford University Press. 1995.-536 p.

119. Араманович И.Г., Левин В.И. Уравнения математической физики / М.: Наука, 1964.-288 с.

120. Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная механика и теплообмен / В 2-х т. Пер. с англ. М.: Мир. 1990. Т. 1 384 с. Т.2 - 392 с.

121. Матвеев Н.М. Сборник задач и упражнений по обыкновенным дифференциальным уравнениям: Учеб.пособие / СПб.:Лань, 2002. 432 с.

122. ISE TCAD 6.1 Manuals. SOLIDIS. 2000. 163 р.

123. S. Uma, A.D. McConnell, М. Asheghi, К. Kurabayashi, К.Е. Goodson. Temperature-dependent thermal conductivity of undoped polycrystalline layers / International Journal of thermophysics. 2001. Vol. 22, №2. pp. 605-616.

124. P. Turkes, Ch. Pluntke, R. Helbig. Thermal conductivity of Sn02 single crystals / Journal of Physics C: Solid State Physics. Vol. 13. Issue 26. 1980. P. 4941-4951.

125. Годовицын И.В., Лыженкова Г.А., Шелепин H.A. Формирование поверхностных микромеханических структур из пленок поликремния / Известия вузов. Электроника. 1997. №2. с.49-54.

126. P.J. French. Polysilicon: a versatile material for Microsystems / Sensor and Actuators. A: Physical. Vol. 99. 2002. -pp.3-12.

127. Коледов Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок: Учебник для вузов / М.: Радио и связь. 1989. 400 с.

128. Крылов О.В. Катализ неметаллами. Закономерности подбора катализаторов / Л.: Химия, 1967. 240 с.

129. Аваев Н.А., Наумов Ю.Е., Фролкин В.Т. Основы микроэлектроники / М.: Радио и связь. 1991.-288 с.1. УТВЕРЖДАЮ-------Директор

130. ГУ НПК «Технологический Центр» МИЭТ1. Сауров А.Н. 2005г..24"'^ ноясОрр• "■'1 ■ ■ ■ ' " ' 'И^г . »1. АКТ

131. Об использовании результатов диссертационной работы Поломошнова Сергея Александровича «Конструктивно-технологический базис термомикросистем с малой потребляемой мощностью»