автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Разработка конструкции и технологии микроэлектронных приборов точного измерения параметров газовых сред

На правах рукописи Экз №

ЛОКТЕВ ДМИТРИЙ ВИКТОРОВИЧ

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И ТЕХНОЛОГИИ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ ТОЧНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ГАЗОВЫХ СРЕД

05 27 06 - технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2007 г

003177160

Работа выполнена на кафедре «Материалов и Процессов Твердотельной Электроники»

Московского государственного института электронной техники (технического университета)

Научный руководитель Д В Зиновьев

кандидат технических наук,

Официальные оппоненты

доктор технических наук, С А Гаврилов

кандидат технических наук, И Н Шишкова

Ведущая организация - Телеком - СТВ ЗАО

¿?У /0

Защита состоится " " 2007 г

на заседании диссертационного Совета Д 212 134 03 при Московском государственном институте электронной техники

(техническом университете) по адресу 124498, Москва, г Зеленоград, проезд № 4806, д 5

С диссертацией можно- ознакомится в библиотеке института Автореферат разослан " /-У " / 2007 г

соискатель / ДВ Локтев

Ученый секретарь диссертационного Совета,

д ф -м н , профессор _______—/ _ВЛ> Яковлев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ Достижения микроэлектроники, положившие начало современной информационной революции, основывались на использовании единственного базового материала -монокристаллического кремния В его изучение вложены огромные средства, и помимо электрических полупроводниковых, выявлены ценные в практическом отношении механические, пъезорезистивные, химические свойства этого материала, его оксида, нитрида и силицидов Это привело к возникновению нового направления — микромеханики, изделия которой выполняют механо - электрические функции, и потому получили название механо - электрических микросистем (МЭМС) Была разработана их серия1 микроклапаны, микронасосы, пьезоприводы, гироскопы, но наибольшее развитие получило производство датчиков — пьезорезистивных сенсоров давления и акселерометров При этом процесс миниатюризации не встретил принципиальных затруднений в виде новых размерных эффектов и потому потребовал главным образом решения чисто технологических задач, чего нельзя сказать о большой группе сенсоров, основанных на тепловых эффектах термоанемометрах, катарометрах, пеллисторах, вакуумметрах Пирани, и термометрах И это несмотря на наличие прибора, напрямую преобразующего тепло в электрический сигнал и обратно - терморезистора Выяснилось, что простой перенос методик тепловых измерений из макро- в микрообласть невозможен, т к он может сопровождаться размерным эффектом

Объектом настоящей работы выбраны газы, играющие огромную роль в жизнедеятельности человека и подавляющем большинстве технических устройств Поэтому, при измерении их параметров с помощью МЭМС необходимо учитывать и аэродинамические особенности сенсора, чему до сих пор не уделялось должного внимания

На ранних этапах массового производства МЭМС основные усилия были направлены на повышение воспроизводимости параметров чувствительных элементов (ЧЭ), с тем, чтобы избежать необходимости индивидуальной калибровки Считалось даже, что этим почти целиком определялась жизненность прибора Однако разброс геометрических и физических характеристик не удавалось снизить до требуемых пределов, он даже возрастал по мере миниатюризации.

Выход был найден после того, как получили массовое распространение микропроцессоры, и появилась возможность вводить их в схему каждого прибора В результате подстройка параметров (в случае терморезисторов - сопротивления и ТКС) стала осуществляться автоматически Таким образом, микроэлектроника открыла дорогу для миниатюризации сенсоров и становления сенсороэлектроники

Кроме того, микроэлектроника имела пригодную для массового производства резисторов групповую тонко- и толстопленочную технологии Но производство терморезисторов требовало дополнительного точного контроля ТКС, значение которого зависит от многих факторов и может изменятся при эксплуатации, этот дрейф не в состоянии учесть микропроцессорная схема обработки, и точность прибора снижается непредсказуемым образом Преодолеть этот недостаток платиновых тонкопленочных терморезисторов, широко используемых в приборостроении, не удалось даже ведущим фирмам США, Германии, Японии Таким образом, можно констатировать наличие научно - технической проблемы, решение которой имеет актуальное значение во многих областях

Микроэлектроника в этом случае подсказывает радикальное решение - переход на монокристаллический кремний, в котором нет границ зерен, невозможны сегрегация и рекристаллизация, и потому он значительно более стабилен, чем любой поликристаллический материал Конечно, это было известно давно, однако не было найдено конструктивно - технологического решения, которое позволило бы реализовать в полной мере преимущества полупроводника, способные компенсировать затраты, связанные с переходом на нетрадиционные для резисторостроения технологии

Группой сотрудников кафедры МПТЭ была разработана конструкция, в которой используется весь комплекс специфических особенностей монокристаллического кремния Был изготовлен оригинальный терморезистор (двойного назначения - микронагреватель и термометр сопротивления), тело которого имеет размеры, не превышающие 100 мкм Была впервые достигнута трехмерная миниатюризация и сосредоточение тепловыделения в точке (отметим, что типографская точка имеет диаметр более 200 мкм) Сразу же была обнаружена аномалия теплоотдачи, названная эффектом гигантской теплоотдачи Однако, долгое время природа его оставалась неясной, как и роль, которую он способен сыграть в тепловых МЭМС

Помимо чисто практического значения решение задачи миниатюризации тепловых сенсоров, пригодных для точных, скоростных измерений, содержит перспективу расширения теоретических представлений в теплотехнике, которая до сих пор не имела средств для таких измерений

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - теоретическое изучение эффекта гигантской теплоотдачи и сопровождающих его явлений, разработки физико -математической модели и создания на новой основе ряда тепловых МЭМС следующего поколения

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие

задачи

- разработать методики эксперимента и выполнить измерения параметров, необходимые для создания модели,

- используя уравнение Фурье и кинетическое уравнение Больцмана предложить обоснование эффекту гигантской теплоотдачи,

- на основании модели определить практически значимые следствия этого эффекта и выполнить экспериментальную проверку,

- разработать конструкции термоанемометра, катарометра и термокондукционного миниатюрного газоанализатора,

- в соответствии с требованиями заказчиков изготовить опытные образцы и провести их метрологические испытания

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

1 На основании решений уравнений Фурье и Больцмана дано возможное теоретическое обоснование эффекта гигантской теплоотдачи телами субмиллиметровых размеров

2 Предложена физико-математическая модель теплопроводности плотных газов в условиях высокого температурного градиента

3 В условиях высокого температурного градиента, проявляется существенная неравновесность, служащая причиной частичной упорядоченности в явлениях переноса

4 Предсказаны и обнаружены экспериментально особенности газовых сред, проявляющиеся в тепловом пограничном слое микронагревателя аномальная температурная зависимость коэффициента теплоотдачи, термофорез, конвективная устойчивость и ламинаризирующая поток способность

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ Результаты работы использованы в научно - исследовательской работе «Разработка способа подавления автолегирования при эпитаксии на высоколегированную кремниевую подложку. Шифр «712 - ГБ - 53 -РНП-МПТЭ» 2006 г

Разработаны принципиально новые конструкции измерительных приборов

1 Прецизионный термоанемометр для малых расходов,

2 Измеритель массового расхода воздуха для двигателей автомобилей,

3 Измерительная часть системы обнаружения мест утечки осушенного воздуха в магистральных телефонных кабелях;

4 Термокондукционный миниатюрный газоанализатор,

5 Катарометр для хромотографов

Метрологические испытания выполнены у заказчиков

ОАО НПО «ХИМАВОМАТИКА» ИЦ «Хроматография»,

ФГУП «АНАЛИТПРИБОР»,

ОАО «Грамеком»,

ЗАО НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ»

О чем имеются акты внедрения

ОПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные результаты работы обсуждены на 12-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика - 2005" (Москва, 2005 г ), Second International Conference on Transport Phenomena m Micro and Nanodevices II Ciocco Hotel and Conference Center ( Barga, Italy, 2006), 13-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика - 2006" (Москва, 2006 г ), THERMES 2007 Thermal Chelenges m Next Generation Electronic Systems, ( US A,2007), 14-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика - 2007" (Москва, 2007 г), Всероссийском конкурсном отборе инновационных проектов молодых ученых, аспирантов и студентов в рамках научно-технической конференции "Электроника - 2007" (Москва, 2007 г )

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ и 1 научно-технический отчет по НИР

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ

1 Использование базового материала микроэлектроники, групповой технологии производства чувствительных элементов термосенсоров, микропроцессорной обработки выходного сигнала позволили создать новое эффективное средство для изучения тепловых процессов в микросистемах

2 Пограничный тепловой слой, окружающий микронагреватель вследствие высокого температурного градиента структуризируется, и типичное для плотных газов в обычном состоянии хаотическое движение преобразуется в частично упорядоченное

3 Следствиями (и дополнительными доказательствами) предложенной модели служат явления термофореза, конвективной устойчивости и детурбулизации, обнаруженные экспериментально

4 Нанообъемный терморезистор - микронагреватель обладает по сравнению с традиционными проволочными и тонкопленочными конструкциями комплексом преимуществ, подтвержденных в испытаниях и при эксплуатации опытных образцов термоанемометров, катарометров и газоанализаторов

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ Диссертация состоит из введения, пяти основных глав с выводами, общих выводов, заключения, списка использованных источников из 75 наименований и приложения Основное содержание диссертации изложено на 103 страницах и содержит 51 рисунка и 12 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проведенных исследований, сформулирована цель работы, показана научная новизна, основные положения, выносимые на защиту, практическая ценность работы

В первой главе обоснован выбор газов, как объекта исследования Контроль за их свойствами и параметрами является важным, часто решающим условием оптимизации многих технических процессов

Поскольку газы являются сжимаемой средой, зависимость их свойств от температуры выражена гораздо сильнее, чем в случае конденсированных сред Поэтому она является главным и наиболее часто измеряемым параметром

Имеется множество средств прецизионного измерения температуры, но в последнее время предпочтение отдается терморезисторам способным напрямую преобразовывать ее в электрический сигнал, необходимый для систем автоматической обработки Достоинство терморезистора состоит также в том, что он функционирует за счет электрического тока и потому может служить и термометром сопротивления, и нагревателем, причем в необходимых случаях тем и другим одновременно - в виде термостатированного источника тепла Такая комбинация резко расширяет области применения терморезисторов в контрольно - измерительной технике (табл 1), которая испытывает острую нужду в миниатюрных конструкциях, обладающих невысокими тепловой инерционностью, энергопотреблением, возмущающим воздействием на среду измерения

Таблица 1 Классификация тепловых МЭМС

Наименование Измеряемая характеристика Основные области применения

Термометры Температура Техника, технология, быт, медицина

Термоанемометры Скорость, направление потоков, массовый расход газов Автомобилестроение, медицина, связь, технология

Катарометры Анализ газов по теплопроводности Хроматография

Пеллисторы (каталитические метоаноопределители) Содержание горючих взрывоопасных газов (Н2, СН4, СО) Горное дело

Адсорбционные (на оксиде олова) Анализ газов (СО, СН„, Н28, 1\ГОх) Горное дело, металлургия

Манометры Пирани Разрежение Вакуумная техника

Резонаторы с термовозбуждением Резонансные датчики Термометрия, гироскопы, акселерометры

Болометры Приемники излучения Оптика, термометрия

Наклономеры Угол отклонения от положения базы прибора Строительство, горное дело, транспорт

В настоящее время используются многие материалы и конструкции (табл 2)

Классификация терморезисторов

проволочные

фольговые

Р( [ И Ь-

N1 )— ( №

\Л/ н ( Мо ь

Си н ( Си н

Толсто пленочные композиции

Керамики на основе нестехиометрических оксидов никеля, кобальта, марганца, меди

тонкопленочные

объемные

Р1

Кермет типа №-гг02 Поликремний

Бусинковые - п/п керамика

Монокристаллический

кремний

Наиболее полно всем требованиям соответствует разработанный Д.В. Зиновьевым с сотрудниками кремниевый монокристаллический терморезистор, тело которого, свободно подвешенное в пространстве, имеет размер порядка 100 х 60 х 20 мкм (рис.1).

Рис. 1. Монокристаллический терморезистор.

1 - тело резистора;

2 - токовводы;

3 - контактные площадки.

Кремниевый монокристаллический терморезистор является первым прибором, обладающим возможностью измерения температуры такой микрочастицы благодаря содержанию внутреннего природного

репера - температуры перехода от примесной проводимости к собственной - Ткр, выявляемой на ВАХ по смене знака ТКС

По значению мощности, рассеиваемой при Ткр> легко рассчитать интенсивность теплоотдачи - коэффициент а из уравнения Ньютона -Рихмана Его значение для тела очень высокой кривизны, каковым является микронагреватель, оказалось на 3 порядка большим, чем наблюдаемое в макротеплотехнике.

Эффект гигантской теплоотдачи с позиции макротеплотехники можно объяснить тем, что тепловой пограничный слой вблизи микронагревателя отсутствует, или крайне невелик 5 мкм), но тогда остается непонятной причина столь интенсивной естественной конвекции т к значение критерии Грасгофа ничтожно мало из - за того, что длина нагретого тела входит в него в третьей степени

Задача оказалась новой для теоретической теплотехники по той причине, что микрообъекты не представляли долгое время никакого практического значения, а также из - за отсутствия средств измерения их температуры

Во второй главе приводится решение задачи теплообмена между точечным источником с температурой Т! и радиусом Я] и неограниченной газообразной средой с температурой Т2 В теплотехнике подобная задача решена для случая шаровой стенки В отличие от него толщина пограничного слоя Я2 - Бч, в котором теплопередача осуществляется теплопроводностью, в рассматриваемом случае не задана и должна быть определена экспериментально (рис 2)

г, ткт

Рис.2 Тепловое поле микронагревателя.

1 - расчетное по уравнению (1)

2 - экспериментальные данные

Измерение профиля распределения температуры выполнялось вторым терморезистором, служившим термометром сопротивления, который перемещался с помощью микрометрического винта.

Распределение оказалось гиперболическим, что и следует из решения дифференциального уравнения теплопроводности в сферических координатах :

Т) -Т =1/К1~1/К

Т,-Т2 1Д,-1Д2> (1)

где Т и Я = (г+Я])- текущие значения температуры и радиуса.

Применение к нему уравнения Фурье приводит к дифференциальному уравнению:

Р = 4-71-А,-11

2 сГГ

(2)

где Р - мощность, А. - коэффициент теплопроводности газа, Для решения (2) требуется задать граничные условия. Как следует из рис.2, падение температуры на 90 % происходит при Я2 = = 500 мкм, и с погрешностью не большей 10% можно

принять = 10, причем Я2 означает границу, где конвекция начинает преобладать над теплопроводностью

Используя уравнения Ньютона - Рихмана и Фурье, одну и ту же величину мощности можно выразить двумя способами и получаем

а « —, адекватное эксперименту только в том случае, если принять

К-1

Хзфф = 6 Х,табл Этот вывод не выглядит парадоксальным, если учесть, что теплопроводность не является параметром среды, а лишь характеристикой одного из явлений переноса наряду с диффузией и вязкостью

Тем на менее для убедительности был использован другой, независимый метод определения а и через него X Согласно закона Ньютона - Рихмана скорость охлаждения

где Су - теплоемкость ,У - объем нагретого тела Отсюда следует выражение для постоянной времени, как времени, в течение которого температура падает в е раз

Величина т определялась на осциллографе по падению сопротивления, полагая, что в узком диапазоне температура пропорциональна сопротивлению Получено значение т = 2 2 мс, а = 4000 Вт/м2К и X = 0 2 Вт/м К, близкие к полученным ранее, исходя из измерения рассеиваемой мощности ( а = 3600 Вт/м2К и X = 0.17 Вт/м К) Причиной столь высокой локальной теплопроводности газа можно считать большой температурный градиент в этой зоне, достигающий 2 10б К/м Выдвинутая нами гипотеза состоит в том, что в условиях, создаваемых температурным градиентом, проявляются черты упорядоченности

Предположение о том, что в плотном газе возможна частичная замена хаотического движения на свободно — молекулярное можно обосновать решением кинетического уравнения Больцмана*

X

ат_ (Т-Т2)-а -Б Л ~ су V

(3)

т = —-— а-Б

Су V

(4)

где J - интеграл столкновений f- функция распределения t - время

r(x,y,z) - координаты молекул

£, = скорость молекул в той же системе координат.

* - Решение проводилось совместно с кафедрой низких температур МЭИ и ВЦ РАН.

Схема двумерной задачи приведена на рис. 3. Пластинка, нагретая до температуры Ть расположена в центре камеры квадратного сечения. Длина пластинки и камеры предполагаются бесконечными в направлении, перпендикулярном плоскости рисунка.

г,/г2=2.

Рис. 3 - схема модели для расчета теплового поля микронагревателя.

Т[ - температура нагревателя (пластинки)

Т2 - температура стенки

Решение двумерной задачи (рис. 3) показало наличие разности компонентов тензора температуры по осям X и У, свидетельствующей о некотором структурировании газовой среды.(рис. 4)

Т(х,у)

1 4 1 35

1 3

1 25

1 2

1 15

1 1

1 05

0

4

б

8

10 12 14 16

хЯ,

Рис 4 Зависимость компонентов температуры Тх и Ту от х при у = О

Следовательно, микронагреватель создает частично упорядоченную газовую среду, что имеет большое практическое значение в измерительной технике

В третьей главе дана подробная характеристика точечного микронагревателя, как базового инструмента для исследования тепловых и аэродинамических свойств микросистем

Оптимизация конструкции терморезистора выполнено моделирование в системе ЛЫБУБ, ее целью было обеспечение достаточно высокой резонансной частоты, ограничение прогиба вследствие удлинения при нагреве и снижения уровня механических напряжений в местах их концентрации Использованы численные значения свойств газа, рассчитанные на основании модели теплопроводности (гл 2 )

Технология изготовления кремниевых монокристаллических терморезисторов включает лишь операции внешней обработки исходного монокристалла, благодаря чему его электрофизические свойства остаются неизменными Эта, тназ нисходящая технология выгодно отличается от используемой при получении тонкопленочных аналогов, когда ответственность за качество основного материала ( Р^ N1 и др) ложится целиком на технолога - прибориста

Беззеренная строго однородная структура монокристалла обеспечивает высокую однородность свойств в партии, а также их стабильность, как в процессе изготовления, так и в ходе эксплуатации Полный маршрут насчитывает сотни операций, многие из которых

должны выполняться нестандартно с учетом специфики изделия -наличия тонких и хрупких несущих нитей, что потребовало разработки процесса ПХТ, конструирования оснастки для точной посадки кристаллов в корпус, разработки технологии приклейки кристаллов

В ходе работы было изготовлено более 3-х тысяч кристаллов с различными параметрами

В четвертой главе приводятся результаты исследования специфических тепловых и газодинамических свойств микросистем обнаружена аномально высокая температурная зависимость коэффициента теплопроводности газа в пограничном слое, свидетельствующая предположительно об увеличении длины свободного пробега вследствие уменьшения эффективного поперечного сечения молекул, большей их скорости и энергии, передаваемой при каждом столкновении

Необычной оказалась и зависимость а от давления резкий переход к кнудсеновскому режиму происходит при 150 мм рт ст, тогда как стандартный манометр Пирани проявляет чувствительность к давлению, начиная с 30 - 50 мм рт ст Это может быть объяснено чисто конструктивными причинами, а именно различной долей бесполезной потери тепла через токовводы, значительно большей в случае проволочного нагревателя, чем точечного

Одна из особенностей высокоградиентного теплового слоя — анизотропия вязкости должна сказываться как меньшая чувствительность к скорости обтекания внешним потоком Такая стабильность или по иному - конвективная устойчивость проявляется еще и в том, что зависимость а от скорости потока имеет прямолинейный характер, тогда как в случае проволочного или тонкопленочного - параболический, соответствующий закону Кинга

Nu = a + b v05;

где а и b - экспериментальные постоянные, зависящие от геометрии нагревателя

При обтекании нанообъемного нагревателя не создается вихрей в конвективном потоке, поэтому форма теплового поля, окружающего его в замкнутом пространстве, защищенном от движения воздуха, должна быть чрезвычайно стабильной Это подтверждено опытом, в котором оценивалось взаимодействие тепловых полей двух точечных нагревателей, расположенных на расстоянии 500 мкм друг от друга Была установлена высокая чувствительность потребляемой мощности к

наклону базы прибора, возможная только при строгом постоянстве их тепловых полей

Градиент в пограничном слое настолько велик, что температура аэрозольной частицы, витающей в этой зоне, окажется неоднородной, а именно ближняя к нагревателю зона перегретой по сравнению с отдаленной В этих условиях возможен эффект термофореза, проявляющийся обычно в разреженных газах

В плотном газе этот эффект наблюдался нами как выталкивание из пограничного слоя частиц табачного дыма

Баланс силы выталкивания и противодействующей ему силы вязкого трения Стокса приводит к дифференциальному уравнению

т— = 6-п-ц-£-V

Л . (7)

где г] - коэффициент вязкости, С -размер теплового слоя

Решение его при граничных условиях V = у0, I = ^ дает

. V 6-тс г\-£ 1п— =-1—■ I

Уо т (8)

Приняв, что \/у0 = 0 1, получаем 1 = 3 10-5 с, £ = 500 мкм, значение того же порядка, что получены в эксперименте с частицами аэрозоля

Особенность термоанемометра, как миниатюрного и малоинерционного средства измерения локальной скорости имеет негативную сторону - высокую чувствительность к пульсациям и вихрям, обычно наблюдаемую в потоках газов

В таком случае выходной сигнал прибора меняется во времени и записывается в виде шума, как показано на рис 5 слева

Ц§

т

Рис.5. Сигнал термоанемометра И - до включения микронагревателя \2 - после включения

Известные способы успокоения пульсаций и детурбулизации потока требуют увеличения длины и помещения сеток во входящей линии, так, что она превышает размеры собственно ЧЭ. Мы предположили, что точечный нагреватель, помещенный в узкий канал, способен оттеснить протекающий через него поток к периферии, т.е. сжать его. Такое сжатие является эффективным средством ламинаризации, что и подтвердилось экспериментально. В канал помещались последовательно два точечных нагревателя и при включении первого из них сигнал второго полностью сглаживается, как показано на рис.5, справа. Был также измерен перепад давления вследствие сжатия потока и установлено, что эффект сравним с тем, который создает два ряда мелких сеток. Преимущества метода, основанного на трении струи о покоящийся газ, а не твердую поверхность, как в случае сеток, хонейкомбов, трубок Вентури существенны в системах газораспределения эпитаксиальных установок, особенно при наращивании наноструктур.

В пятой главе приводятся конструкции приборов, разработанных на основе нанообъемного терморезистора, включающих чувствительный элемент, газовую систему, схему микропроцессорной обработки.

1. Представлены термоанемометры с нанообъемными ЧЭ трех модификаций, используемых в качестве:

1) прецизионного измерителя малых расходов газов;

11 Ч-► Т,сек Х2 <-►

2) датчика массового расхода воздуха для автомобилей,

3) измерительной части системы обнаружения мест утечек осушенного воздуха в магистральных телефонных кабелях

2 Изготовлены и испытаны в ведущих организациях РФ оригинальные ячейки хроматографов с повышенной чувствительностью ко многим промышленным газам, открывающие возможность портативного исполнения

3 Изготовлен и прошел натурные испытания термокондукционный газоанализатор двухкомпонентных газов, например метана в воздухе в ультракомпактном исполнении, пригодный для индивидуального оснащения.

Во всех случаях разработанные приборы имели преимущества по чувствительности, стабильности и быстродействию по сравнению с образцами зарубежных фирм, что свидетельствует о практической ценности нового направления прикладной науки - микротеплотехники

Общие выводы по работе.

1 Анализ состояния исследований теплопередачи в газообразных микросистемах показал, что вследствие отсутствия адекватных метрологических средств в этой области превалируют традиционные представления, как правило, исключающие возможности изменений механизма, и проявления размерных эффектов

2. Решение уравнения Фурье в сферических координатах оказалось недостаточным для объяснения эффекта гигантской теплоотдачи в условиях, далеких от равновесия

3 Предложена модель теплопроводности плотных газов в микросистемах

4 Приближенное численное решение кинетического уравнения Больцмана показало наличие разности компонентов тензора температуры молекул по осям X и У в условиях высокого температурного градиента вблизи нагревателя большой кривизны, те наличие частичной упорядоченности

5 Предложенная модель получила многочисленные экспериментальные подтверждения в виде следующих эффектов, предсказанных, исходя из теоретических представлений

- необычное для тепловых приборов быстродействие,

- аномально высокая температурная зависимость локального коэффициента теплопроводности,

- конвективная устойчивость теплового пограничного слоя,

- термофорез в плотном газе,

- тепловая детурбулизация потоков

6 Исключительная структурная стабильность материала позволяет в полной мере использовать возможности современных средств цифровой обработки сигналов, обеспечивающей преимущества нанообъемных чувствительных элементов в тепловых МЭМС

7 Полностью разработаны и изготовлены опытные образцы термоанемометров различного назначения, детекторов хроматографов, оригинальных термокондукционных газоанализаторов, испытанных и применяемых ведущими предприятиями

Заключение.

Выполненное экспериментальное и теоретическое исследование теплопередачи в микросистемах свидетельствует о перспективности микротеплотехники, как нового направления прикладной науки Его дальнейшее развитие связано прежде всего с уменьшением размеров чувствительного элемента в несколько раз, чему нет ограничений ни по технологии, ни по точности измерения температуры и мощности, что способно более четко определить характер зависимости теплопроводности от параметров среды и тем самым углубить представление о механизме теплопередачи в переходном режиме

Потребности техники будут стимулировать прогресс математической физики по части решения кинетического уравнения Больцмана Обнаруженный эффект целесообразно рассмотреть и с иных позиций - неравновесной термодинамики и синергетики, так как упорядоченность вследствие сильной неравновесности является одним из основных постулатов этих дисциплин

На основе накопленного опыта в скором времени планируется разработка новые МЭМС

- времяпролетные термоанемометры,

- наклономеры,

- болометры,

- резонансные прецизионные датчики параметров газовых сред;

- вакуумметры,

- датчики близости и возможно иные, основанные на том же принципе и конструкции ЧЭ

Опытные партии ЧЭ производились далеко не в идеальных условиях, по мере расширения применения будут созданы специализированные технологические линейки, обеспечивающие не только повышение качества при снижении себестоимости, но и

усовершенствование конструкции, прежде всего за счет интеграции на кристалле аналоговой части первичной обработки сигнала

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Локтев Д В, Зиновьев Д В Способ эпитаксиального наращивания Микроэлектроника и информатика - 2005 12-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов Тезисы докладов конференции - M МИЭТ, 2005 с 31

2 Локтев Д В , Зиновьев Д В , Тузовский К А , Андреев В M Точечный МЭМС термоанемометр Электроника и информатика - 2005 V Международная научно — техническая конференция Тезисы докладов конференции - M МИЭТ, 2005 с 75

3 Локтев Д В Кремниевый термоанемометр Микроэлектроника и информатика - 2006 13-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов Тезисы докладов конференции - M МИЭТ, 2006 с 123

4 5 D V Zinoviev, V M Andreev, К A Tuzovsky, D V Loktev Investigation of microobjects heat transfer Second International Conference on Transport Phenomena in Micro and Nanodevices II Ciocco Hotel and Conference Center, Barga, Italy 11-15 June 2006

6 D Zmoviev, V Andreev, D Loktev & К Tuzovsky Thermal MEMS for inertial systems, THERMES 2007 Thermal Challenges in Next Generation Electronic Systems, Proceedmgs of THERMES 2007 conference, Santa Fe, New Mexico, January 7-10, 2007

7 D Zinoviev, V Andreev, D Loktev & К Tuzovsky Thermal MEMS for inertial systems THERMES 2007 conference, Santa Fe, New Mexico, January 7-10, 2007

8 Локтев Д В , Назаркин M Ю , Дронов А.А Разработка микромодульного расходомера газов Всероссийский молодежный научно - инновационный конкурс "Электроника - 2006" Тезисы докладов конференции - M МИЭТ, 2006 с 88

9 Локтев Д В Микромодульный измеритель расхода газа Микроэлектроника и информатика - 2007 14-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов" Тезисы докладов конференции - M 'МИЭТ, 2006 с 112

10 ДВ Локтев, ВМ Андреев, Д В Зиновьев, К А Тузовский Эффект термофореза в тепловых МЭМС Нано - и микросистемная техника №9, 2007 г №9, стр 52 - 53

11 Д В Локтев, Д В Зиновьев Тепловая детурбулизация потока в микроканалах Известия ВУЗов Электроника №6, 2007 г в печати

Подписано в печать

Заказ №/3^ Тираж 4РОэкз Уч-издл ^#Формат 60*84 1/16 Отпечатано в типографии МИЭТ (ТУ) 124498, Москва, МИЭТ

Введение

Содержание.

ГЛАВА 1.Аналитический обзор литературы.

1.1.Значение измерений свойств и параметров газовых сред.

1.2.Материалы, конструкции и математические модели терморезисторов.

1.2.1.Свободная и остеклованная проволока.

1.2.2.Тонкопленочная и мембранная конструкция.

1.2.3.Кремниевая нанообъемная конструкция.

1.3.Приборное применение терморезисторов.

1.3.1.Термометры сопротивления.

1.3.2.Термоанемометр ы.

1.3.3.Датчики теплопроводности хроматографов.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2.Физико - математическая модель нанообъемного нагревателя.

2.1. Дифференциальное уравнение теплопроводности в сферических координатах.

2.2.0дномерная и двумерная задачи теплопроводности.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА З.Нанообъемный терморезистор, как инструмент исследования свойств газов.

3.1.Преимущества монокристаллического кремния в качестве материала чувствительного элемента.

3.2.Моделирование геометрической формы.

3.3. Технология изготовления нанообъемных терморезисторов.

ЗАМодель тепловой инерционности.

3.5.Схема автоматического регулирования.

3.5.1.Аналоговая схема поддержания постоянной температуры микронагревателя.

3.5.2.Схема микропроцессорной обработки.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4.Исследование свойств газов в микросистемах.

4.1 .Температурная зависимость теплопроводности.

4.2.Влияние давления и состава газа.

4.3.Конвективная устойчивость.

4.4.Термофорез в плотном газе.

4.5.Тепловая детурбулизация потока.

Выводы по главе 4.

ГЛАВА 5.Разработка приборов, метрологические характеристики, натурные испытания и внедрение.

5.1.1.Термоанемометр для малых расходов газов.

5.1.2.Автомобильный датчик массового расхода воздуха.

5.1.3.Измерительная часть системы обнаружения мест утечки осушенного воздуха в магистральных телефонных кабелях.;.

5.2.Датчики по теплопроводности для хроматографов.

5.3.Термокондукционный миниатюрный газоанализатор.

Выводы по главе 5.

Достижения микроэлектроники, положившие начало современной информационной революции, основывались на использовании единственного базового материала - монокристаллического кремния. В его изучение вложены огромные средства, и помимо электрических полупроводниковых, выявлены ценные в практическом отношении механические, пъезорезистивные, химические свойства этого материала, его оксида, нитрида и силицидов. Это привело к возникновению нового направления - микромеханики, изделия которой выполняют механо - электрические функции, и потому получили название механо -электрических микросистем (МЭМС). Была разработана их серия: микроклапаны, микронасосы, пьезоприводы, гироскопы, но наибольшее развитие получило производство датчиков - пьезорезистивных сенсоров давления и акселерометров. При этом процесс миниатюризации не встретил принципиальных затруднений в виде новых размерных эффектов и потому потребовал главным образом решения чисто технологических задач, чего нельзя сказать о большой группе сенсоров, основанных на тепловых эффектах: термоанемометрах, катарометрах, пелисторах, вакуумметрах Пирани, и даже простых термометрах. И это несмотря на наличие прибора, напрямую преобразующего тепло в электрический сигнал и обратно -терморезистора. Выяснилось, что простой перенос методик тепловых измерений из макро- в микрообласть невозможен, т.к. при этом не исключено проявление размерного эффекта в виде смены механизма.

Объектом настоящей работы выбраны газы, играющие огромную роль в жизнедеятельности человека и подавляющем большинстве технических устройств. Поэтому при измерении их параметров с помощью МЭМС необходимо учитывать и аэродинамические особенности сенсора, чему до сих пор не отводилось должного внимания.

На ранних этапах массового производства МЭМС основные усилия были направлены на повышение воспроизводимости параметров чувствительных элементов (ЧЭ), с тем, чтобы избежать необходимости индивидуальной калибровки. Считалось даже, что этим почти целиком определялась жизненность прибора. Однако , разброс геометрических и физических характеристик не удавалось снизить до требуемых пределов; он даже возрастал по мере миниатюризации.

Выход был найден после того, как получили массовое распространение микропроцессоры и появилась возможность вводить их в схему каждого прибора. В результате подстройка параметров (в случае терморезисторов - сопротивления и ТКС) стала осуществляться автоматически. Таким образом, микроэлектроника открыла дорогу для миниатюризации сенсоров и становления сенсороэлектроники.

Кроме того, микроэлектроника имела разработанную для массового производства постоянных резисторов групповую тонко- и толстопленочную технологии. Но производство терморезисторов требовало дополнительного точного контроля ТКС, значение которого зависит от многих факторов и может изменяться при эксплуатации, и этот дрейф не может учесть схемный микропроцессор. В результате точность прибора снижается непредсказуемым образом. Преодолеть этот недостаток платиновых тонкопленочных терморезисторов, широко используемых в приборостроении, не удалось даже ведущим фирмам США, Германии, Японии.

Микроэлектроника и в этом случае подсказывает радикальное решение -переход на монокристаллический кремний, в котором нет границ зерен, невозможны сегрегация и рекристаллизация, и потому он более стабилен, чем любой поликристаллический материал. Конечно, это было известно давно, однако не было найдено конструктивно - технологического решения, которое позволило бы реализовать в полной мере преимущества полупроводника, способные компенсировать его дороговизну и дефицитность а также затраты, связанные с переходом на нетрадиционные для резисторостроения технологии.

Коллективом кафедры МПТЭ была разработана конструкция, в которой используется весь комплекс специфических особенностей монокристаллического кремния. Был изготовлен оригинальный терморезистор (двойного назначения -микронагреватель и термометр сопротивления), тело которого имеет размеры, не превышающие 100 мкм. Была впервые достигнута трехмерная миниатюризация и сосредоточение тепловыделения в точке (отметим, что типографская точка имеет диаметр более 200 мкм). Сразу же была обнаружена аномалия теплоотдачи, названная эффектом гигантской теплоотдачи. Однако, долгое время природа его оставалась неясной, как и роль, которую он способен сыграть в тепловых МЭМС.

Поэтому была поставлена цель теоретического изучения этого эффекта и сопровождающих его явлений, разработки модели и создания на новой основе ряда тепловых МЭМС следующего поколения.

Помимо чисто практического значения решение задачи миниатюризации тепловых сенсоров, пригодных для точных, скоростных измерений при длительной эксплуатации, содержит перспективу расширения теоретических представлений в теплотехнике, которая до сих пор не имела средств для таких измерений.

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

- разработать методики эксперимента и выполнить измерения параметров, необходимые для создания модели;

- используя уравнение Фурье и кинетическое уравнение Больцмана обосновать эффект гигантской теплоотдачи;

- на основании модели определить практически значимые следствия этого эффекта и выполнить экспериментальную проверку; разработать конструкции термоанемометра, катарометра и термокондукционного миниатюрного газоанализатора;

- в соответствии с требованиями заказчиков изготовить опытные образцы и провести их метрологические испытания.

Научная новизна.

1. На основании решений уравнений Фурье и Больцмана дано возможное теоретическое обоснование эффекта гигантской теплоотдачи телами субмиллиметровых размеров.

2. Предложена физико - матеметическая модель теплопроводности плотных газов в условиях высокого температурного градиента.

3. Показано, что в условиях высокого температурного, проявляется существенная неравновесность, служащая причиной частичной упорядоченности в явлениях переноса.

4. Предсказаны и обнаружены экспериментально особенности газовых сред, проявляющиеся в тепловом пограничном слое микронагревателя: аномальная температурная зависимость коэффициента теплопроводности, термофорез, конвективная устойчивость и ламинаризирующая поток способность.

Практическая ценность.

Разработаны принципиально новые конструкции измерительных приборов.

1. Прецизионный термоанемометр для малых расходов.

2. Измеритель массового расхода воздуха для двигателей автомобилей.

3. Измерительная часть системы обнаружения мест утечки осушенного воздуха в магистральных телефонных кабелях.

4. Термокондукционный миниатюрный газоанализатор.

5. Катарометр для хромотографов.

Метрологические испытания выполнены у заказчиков:

ОАО НПО «ХИМАВОМАТИКА» ИЦ «Хроматография»,

ФГУП «АНАЛИТПРИБОР»,

ОАО «Грамеком»,

ЗАО НПЦ «Лазеры и аппаратура ТМ».

Приводятся акты внедрения.

Положения, выносимые на защиту.

1. Использование базового материала микроэлектроники, групповой технологии производства чувствительных элементов термосенсоров, микропроцессорной обработки выходного сигнала позволяет создать новое эффективное средство для изучения тепловых процессов в микросистемах.

2. Пограничный тепловой слой, окружающий микронагреватель, вследствие высокого температурного градиента структуризируется, и типичное для плотных газов в обычном состоянии хаотическое движение преобразуется в частично упорядоченное.

3. Следствиями (и дополнительными доказательствами) предложенной модели служат явления термофореза, конвективной устойчивости и детурбулизации, обнаруженные экспериментально.

4. Нанообъемный терморезистор - микронагреватель обладает по сравнению с традиционными проволочными и тонкопленочными конструкциями комплексом преимуществ, подтвержденных в испытаниях и при эксплуатации опытных образцов термоанемометров, катарометров и газоанализаторов.

Апробация работы.

Основные результаты работы обсуждены на 12-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика - 2005" (Москва, 2005 г.), Second International Conference on Transport Phenomena in Micro and Nanodevices. II Ciocco Hotel and Conference Center ( Barga, Italy, 2006), 13-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика - 2006" (Москва, 2006 г.), THERMES 2007: Thermal Chelenges in Next Generation Electronic Systems, ( USA,2007), 14-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика - 2007" (Москва, 2007 г.), Всероссийском конкурсном отборе инновационных проектов молодых ученых, аспирантов и студентов в рамках научно-технической конференции "Электроника - 2007" (Москва, 2007 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ и 1 научно-технический отчет по НИР.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, пяти основных глав с выводами, общих выводов, заключения, списка использованных источников из 75 наименований и приложения. Основное содержание диссертации изложено на 103 страницах и содержит 51 рисунка и 12 таблиц.

Общие выводы по работе.

1. Анализ состояния исследований теплопередачи в газообразных микросистемах показал, что вследствие отсутствия адекватных метрологических средств в этой области превалируют традиционные представления, как правило, исключающие возможности изменений механизма, и проявления размерных эффектов.

2.Решение уравнения Фурье в сферических координатах оказалось недостаточным для объяснения эффекта гигантской теплоотдачи в условиях, далеких от равновесия.

3.Предложена модель теплопроводности плотных газов в микросистемах.

4.Приближенное численное решение кинетического уравнения Больцмана показало наличие разности компонентов тензора температуры молекул по осям X и Y в условиях высокого температурного градиента вблизи нагревателя большой кривизны, свидетельствующей о наличии частичной упорядоченности теплового движения молекул.

5.Предложенная модель получила многочисленные экспериментальные подтверждения в виде следующих эффектов, предсказанных, исходя из теоретических представлений:

- необычное для тепловых приборов быстродействие;

- аномально высокая температурная зависимость локального коэффициента теплопроводности;

- конвективная устойчивость теплового пограничного слоя;

- термофорез в плотном газе;

- тепловая детурбулизация потоков.

6.Исключительная структурная стабильность материала позволяет в полной мере использовать возможности современных средств цифровой обработки сигналов, обеспечивающих преимущества нанообъемных чувствительных элементов в тепловых МЭМС.

7.Полностью разработаны и изготовлены опытные образцы термоанемометров различного назначения, детекторов хроматографов, оригинальных термокондукционных газоанализаторов, испытанных и применяемых ведущими предприятиями.

Заключение.

Выполненное экспериментальное и теоретическое исследование теплопередачи в микросистемах свидетельствует о перспективности микротеплотехники, как нового направления прикладной науки. Его дальнейшее развитие связано прежде всего с уменьшением размеров чувствительного элемента еще в несколько раз, чему нет ограничений ни по технологии, ни по точности измерения температуры и мощности. Такое приближение к кнудсеноской границе способно более четко определить характер зависимости теплопроводности от параметров среды и тем самым углубить представление о механизме теплопередачи в переходном режиме.

Потребности техники будут стимулировать прогресс математической физики по части решения кинетического уравнения Больцмана, которое только и может дать прямое доказательство предложенной модели. Обнаруженный эффект целесообразно рассмотреть и с иных позиций - неравновесной термодинамики и синергетики, так как упорядоченность вследствие сильной неравновесности является одним из основных постулатов этих дисциплин.

Что касается применения, то помимо совершенствования уже имеющихся приборов планируется разработка следующих МЭМС:

- времяпролетные термоанемометры;

- наклономеры;

- болометры;

- резонансные прецизионные датчики параметров газовых сред;

- вакуумметры;

- датчики близости и возможно иные, основанные на том же принципе и конструкции ЧЭ, приборы

Опытные партии ЧЭ производились далеко не в идеальных условиях; по мере расширения применения будут созданы специализированные технологические линейки, обеспечивающие не только повышение качества при снижении себестоимости, но и усовершенствование конструкции прежде всего за счет интеграции на кристалле аналоговой части первичной обработки сигнала.

1. Bepnep В.Д., Чаплыгин Ю.А., Сауров А.Н. Микросистемы и биочипы -трансфер технологии микроэлектроники. Электронные компоненты. №1, 2003, с. 3 -5.

2. Ж. Аш. Датчики измерительных систем,- М.: Мир, 1993, т.2.

3. Фабер Т.Е. Гидроаэродинамика. М. Постмаркет, 2001.

4. A. Jacquot, G. Chen, Н. Scherrer, A. Dauscher, В. Lenoir. Improvements of on-membrane method for thin film thermal conductivity and emissivity measurements. Sensors and Actuators A 117 (2005) 203-210.

5. Devis F., Tanda G. Investigation of natural convection heat transfer from a horizontal isothermal plate by schlieren thermography. Промышленная теплотехника, 1999, т. 21, №2-3, с. 13-18.

6. Shuyun Wu*, Qiao Lin, Yin Yuen, Yu-Chong Tai. MEMS flow sensors for nano-fluidic applications. Sensors and Actuators 2862 (2000) 1-7.

7. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Термодинамика и молекуляярная физика. М.: Наука, 1979, с.182-184.

8. В.Н. Луканин (ред.). Теплотехника, М, Высшая школа, 2002.

9. Проспект НПО «Микропровод». ( http://www.rnikroprovod. com/ru microprovod.html)

10. Резисторы. Справочник, под ред. И.И. Четверткова.- М.: Радио и связь, 1991.11. проспект Heraeus. Платиновый микронагреватель. Технические данные. http://www.atos.ru/LABELS/hplat.htm

11. Зиновьев Д.В., Тузовский К.А., Андреев В.М. Микронагреватель. Патент РФ №2170992 от 14.09.1998.

12. Бочкарев Э.П., Зиновьев Д.В., Андреев В.М., Тузовский К.А. Эффект гигантской теплоотдачи телами субмиллиметровых размеров. Доклады АН РФ т. 366, №2,1999, с. 178-180.

13. М.А. Shannon, Т.М. Leicht, P.S. Hrnjak, N.R. Miller, F.A. Khan. Thin-®lm resistance sensor for measuring liquid mass fraction in super-heated refrigerant. Sensors and Actuators 2827 (2000) 1-14.

14. Timothy Moulton, G.K. Ananthasuresh. Micromechanical devices with embedded electro-thermal-compliant actuation. Sensors and Actuators A 2877 (2001) 111.

15. C. Rossi, E. Scheid, D. Estive. Theoretical and experimental study of silicon microheater. Sensors and Actuators, A-63, (1997), 183-189.

16. Mitsuhiko Nagata, Malcolm Stevens, Nicholas Swart, Thangaraj Dravia, Arokia Nathan. Optimization of two-element flow microsensors using quasi 3-D numerical electrothermal analysis. Sensors and Actuators A 2888 (2001) 1-9.

17. J. Courteaud, P. Combette, N. Crespy, G. Cathebras, A. Giani. Thermal simulation and experimental results of a micromachined thermal inclinometer. Sensors and Actuators A 1847 (2007) 9-17.

18. Зиновьев Д.В. Разработка интегральных термосенсоров на основе монокристаллической кремниевой фольги и исследование их характеристик. Диссертация на соискание ученой к.т.н. МИЭТ, 1999 г.

19. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Справочник 4-е изд.Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение.1989 г.

20. Nicholas Gralenski. Creating a better mass flow meter. Solid state technology. May 2004. p. 26 28.f

21. R. W. Gehman, M. G. Murray, and J. W. Speldrich.Reduced Package Size for Medical Flow Sensor. Previously Presented at the IMAPS Technical Symposium. 3 may 2000. p. 2-5

22. J. C. Lotters. Micro Fluidic Flow and Pressure Control Modules for Integration Into Compact Systems. Gases&Technology FEATURE. September/October 2005.24-27.

23. G.B. Hocker, R.G. Johnson, R.E. Higashi, P.J. Bohrer, A Microtransducer for Air Flow and Differential Pressure Applications, Micromachining and Micropackaging of Transducers, Elsevier, Amsterdam, 1985, pp. 207-214.

24. Датчик массового расхода воздуха. ТУ 37.473.017-99.2001 г.

25. Клименко А.В., Зорин В.М. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник, изд. МЭИ, 2001.

26. К. Хайвер. Высокоэффективная газовая хроматография. М.: Мир. 1993 г.

27. Сакодинский К.И., Бражников К.М. и др. Приборы для хроматографии. М.: Машиностроение, 1987 г.

28. Столяров Б.В. Руководство по хроматографии. Д.: Химия, 1978 г.

29. Иродов И.Е. Физика макросистем. Основные законы. Физматлит. М., 2001г.

30. Frank М. White. Fluid Mechanics. Fourth edition. McGraw-Hill. 2002 371-389

31. Телегин B.K. Тепло и массоперенос. M.: Металлургия. 1995 г.

32. А.К.Кикоин, И.К.Кикоин. Молекулярная физика.-М., Наука, 1976. . стр. 164-171.

33. G. Bird, Molecular Gas Dynamics and the Direct Simulation of Gas Flows, Clarendon Press, Oxford, 1994.

34. Аристов B.B., Черемисин Ф.Г. Прямое численное решение кинетического уравнения Больцмана. ВЦ РАН. 1992

35. Cercignani, С 1988 The Boltzmann Equation and its Application. New York: Springer.

36. Кинетическое уравнение Больцмана и подходы к его решению для инженерной практики: учеб. пособие для вузов. А.П. Крюков, В.Ю. Левашов, И.Н. Шишкова, А.К. Ястребов — М.: Издательство МЭИ, 2005. — 80 с.

37. D.V. Zinoviev, V.M. Andreev, К.А. Tuzovsky, D.V. Loktev. Investigation of microobjects heat transfer. Second International Conference on Transport Phenomena in Micro and Nanodevices. И Ciocco Hotel and Conference Center, Barga, Italy. 11-15 June 2006

38. Тузовский К.А., Зиновьев Д.В., Андреев В.М., Гришаев А.А. Полупроводниковый терморезистор. Патент РФ №2058604. Бюллетень изобретений №11,1996г.

39. Тузовский К.А., Андреев В.М., Зиновьев Д.В. Полупроводниковая кремниевая структура. Патент РФ №2110117. Бюллетень изобретений №12, 1998г.

40. Тузовский К.А., Павленко Е.Ю., Зиновьев Д.В. Монокристаллическая кремниевая фольга и её применения. Электронная техника. Серия 3 Микроэлектроника, вып. 1,1997г.

41. Зиновьев Д.В., Тузовский К.А., Андреев В.М., Сорокин И.Н. Новые направления технологической интеграции. Сборник научных трудов под ред. И.Н. Сорокина. Технологические процессы и материалы компонентов электронных устройств, Москва 1996г.

42. Тузовский К.А., Андреев В.М., Сорокин И.Н., Зиновьев Д.В. Высокоточные термисторные преобразователи температуры. Сборник научных трудов под ред. И.Н. Сорокина. Технологические процессы и материалы компонентов электронных устройств, Москва 1996г.

43. А.Б. Каплун, Е.М. Морозов, М.А. Олферьева. ANSYS в руках инженера. Практическое руководство. Изд.2-е, испр.М.: Едиториал УРСС, 2004 г.

44. К.А. Басов. ANSYS в примерах и задачах. М.: КомпьютерПресс, 2002г.

45. Локтев Д.В., Зиновьев Д.В., Тузовский К.А., Андреев В.М. Точечный МЭМС термоанемометр. Тезисы докладов. V Международная научно -техническая конференция «Электроника и информатика 2005» (Москва, 2005 г.).

46. Тузовский К.А. Кремниевые структуры с диэлектрической изоляцией пассивных и активных компонентов. Диссертация на соискание ученой к.т.н. МИЭТ, 1985 г.

47. Д.В. Зиновьев, В.М. Андреев. Быстродействующий терморезистор -микронагреватель. Межотраслевой научно-технический сборник // «Оборонный комплекс научно-техническому прогрессу России», №3,2001, стр. 23-26.

48. Берлин Е.В., Двинин С.А., Сейдман Л.А. Вакуумная технолгия и оборудование для нанесения и травления тонких пленок. М.: Техносфера, 2007 г.

49. Зиновьев Д. В., Андреев В. М. Микрорезонатор с термическим возбуждением. Патент РФ №2280320 от 2005.02.03.

50. Ж. Аш. Датчики измерительных систем.- М.: Мир, 1993, т.1,с. 234-237.

51. Предприятие п/я А 7840. Клей марки ВК - 26М. ТУ 1 - 596 - 224 -85.1995 г.

52. Зиновьев Д.В., Андреев В.М. Быстродействующий терморезистор-микронагреватель. Межотраслевой научно-технический сборник «Оборонный комплекс научно-техническому прогрессу России», №3, Москва 2001 г.

53. Локтев Д.В. Кремниевый термоанемометр. Тезисы докладов. 13-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика 2006".1. Москва, 2006 г.).

54. D. Zinoviev, V. Andreev, D. Loktev & К. Tuzovsky. Thermal MEMS for inertial systems, THERMES 2007: Thermal Challenges in Next Generation Electronic Systems, Proceedings of THERMES 2007 conference, Santa Fe, New Mexico, January 7-10,2007.

55. Alcatel (Франция). Вакуумметр Пирани API 111. Technical data. www.iontecs.ru

56. Локтев Д.В. Микромодульный измеритель расхода газа. 14-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика 2007" (Москва, 2007 г.).

57. B.S. MacGibbon, А.А. Bushaina, В. Fardi. The effect of thermophoresis on particle deposition. Journal of the electrochemical Society v. 146, №8 (1999), 29012905

58. И.К. Кузьмин, Ю.И. Якимов. Теория нестационарного термофореза. ЖТФ, 1.11, вып.2,2007 г.

59. Д.В. Локтев, В.М. Андреев, Д.В.Зиновьев, К.А. Тузовский. Эффект термофореза в тепловых МЭМС . Нано и микросистемная техника. №9, 2007 г.№9, стр.52 - 53.

60. Т. Себиси. Конвективный теплообмен. Мир, 1987г.

61. Локтев Д.В., Зиновьев Д.В. Способ эпитаксиального наращивания. Тезисы докладов. 12-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Микроэлектроника и информатика 2005" (Москва, 2005 г.).

62. Зиновьев Д.В., Тузовский К.А., Андреев В.М. Кремниевые структуры для приборов микроэлектроники. Учебное пособие по курсу «Технология микроэлектроники». М.: МИЭТ, 2006 г.

63. Д.В.Локтев, Д.В. Зиновьев. Тепловая детурбулизация потока в микроканалах. Известия ВУЗов. Электроника. №6,2007 г. в печати.

64. Gad-el-Hak М.(1999)."ТЪе Fluid Mechanics of Microdevices—The Freeman. Scholar Lecture" Journal of Fluids Engineering, Vol. 121, pp. 5-31.

65. AWM92100V. Product Specifications. http.V/sensing.honeywell. com/index.cfm?ci id= 140301 &pr id= 106155&productList=l 06155%2C 106162

66. K. Komiya, F. Higuchi, K. Ohtani. Characteristics of thermal gas flowmeter. Rev. Sci. Instrum., 59,1988, №3,477-479.

67. RB GMBH. Датчик массового расхода воздуха тип HFM5 4.7 с датчиком температуры. Техническая информация Потребителя. 2001 г.

68. Ian A. Fowlis. Gas Chromatography. John Wiley&Sons. 1994. p 80 87.

69. НПО «Цвет». Газовый хроматограф «Цвет 800». Технические характеристики хроматографа, http://www.tsvet.com/tsvet800.htm

70. ФГУП СПО «Аналитприбор». Переносной газоанализатор АМТ 03. номенклатурный перечень. 2007 г. с. 86.

71. GasCheck 5000is. Technical Data, http://www.edwardsvacuum.com/ Products/75934/overview/ProductDetaiIs.aspx

72. Открытое акционерное общество Научно-производственноеобъединение "ХИМАВТОМАТИКА"1. ИЦ «Хроматография»129226 Мосхва-226 Сельскохозяйственная, д.12-а тел. (095) 181-86-61 факс (095) 181-14-02от 2007г. №1. На№ от 2007 г.

73. Акт внедрения диссертационной работы "Разработка конструкции и технологии микроэлектронных приборов точного измерения параметров газовых сред" Локтева Д.В.

74. По типовой программе, указанной в ГОСТе, датчик прошел испытания на стандартном хроматографе Цвет-500.

75. Сравнительные характеристики разработанного датчика с детектором «ДТП-125-02» представлены в таблице:1. Средний шум, мВ1. Дрейф, мкВ/час

76. Предел детектирования, г/мл1. Стандартный ДТП0.0043940.190652.0Е-0091. МИЭТ0.00244 -29.42853 0.632Е-009

77. Вследствие минимального объема камеры новая конструкция особенно перспективна применительно к капиллярным колонкам.

78. Наше предприятие готово устанавливать разработанный датчик на серийные газовые хроматографы Яуза 100 и Яуза - 200.

79. Директор ИЦ «Хроматография» проф., д.х.н.1. Яшин Я. И.

80. Акт внедрения диссертационной работы "Разработка конструкции и технологии микроэлектронных приборов точного измерения параметровгазовых сред" Локтева Д.В.

81. Прецизионное измерение расходов газов используется для точного обнаружения мест повреждения кабельных линий связи.

82. При использовании магистральных расходомеров, представленных соискателем в составе нашего оборудования, были выявлены следующие преимущества в сравнении с используемыми у нас датчиками фирмы Honeywell.

83. Погрешность измерения расхода, % Дрейф нуля, ' %/год Температурная зависимость, %/°Снуля чувствительности

84. AWM92100V Honeywell ±4 ~5 0.05 0.1

85. Каф.МПТЭ, МИЭТ ±1 <1 0.02 0.03

86. Опытные образцы датчиков прошли эксплутационные испытания и в составе установки «МСУ 5Ц Суховей с АСУМ» поставлены на ГТС г. Ростова на Дону.

87. Подчеркнем, что автор не ограничился научным сообщением о проделанной работе он неоднократно приезжал на наше предприятие, участвуя в совместной доводке и испытаниях.

88. Впервые в практике взаимодействия с представителями ВУЗа получен реально действующий прибор вполне конкурентоспособный на мировом рынке.

89. Автор проявил глубокое понимание процесса детектирования в газовой хроматографии и продемонстрировал на деле роль микроэлектроники в развитии других отраслей техники.

90. Наше предприятие готово использовать подобный датчик в перспективных разработках газоаналитической техники.