【摘 要】
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如今,日常生产和科学研究中的部分领域都需要用到真空环境,因而准确地测量环境的真空度尤其重要。皮拉尼计是一种常见的真空测量器件,利用低气压下发热电阻丝的散热速率和周围气压相关的原理,由通电电阻丝的阻值来反应实时气压的大小。如今微机电系统（Micro-Electro Mechanical System,MEMS）使得器件可以朝着小型化、集成化的方向发展,因而出现了MEMS硅微皮拉尼计。与传统的皮拉尼计
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如今,日常生产和科学研究中的部分领域都需要用到真空环境,因而准确地测量环境的真空度尤其重要。皮拉尼计是一种常见的真空测量器件,利用低气压下发热电阻丝的散热速率和周围气压相关的原理,由通电电阻丝的阻值来反应实时气压的大小。如今微机电系统（Micro-Electro Mechanical System,MEMS）使得器件可以朝着小型化、集成化的方向发展,因而出现了MEMS硅微皮拉尼计。与传统的皮拉尼计相比,其体积小、功耗低、成本低并且可以与IC集成,因而近些年来得到广泛的研究和发展。本文研究的微型皮拉尼计主要由发热电阻层、复合无机薄膜制成的微热板层以及微热板背部刻穿的硅基底层构成。其中发热电阻层采用了稳定性与线性度较好的铂金属;微热板层为氧化硅-氮化硅-氧化硅制成的复合无机薄膜,其应力小、稳定性高、热导率较低;硅基底的背部刻穿可以采用KOH湿法刻蚀或者ICP干法刻蚀。在洁净室内分别加工了电阻层为金和铂的器件,对器件重复性和电阻稳定性进行了测试,并通过退火提高了电阻的稳定性,通过对比最终选择铂做发热电阻材料,测试得到铂电阻在通电4000 min后电阻变化量小于0.1Ω。测试得到皮拉尼计在线性区间0.74Pa～32.66 Pa内的灵敏度为31.83Ω/lg（Pa）,线性度为5.7%。同时在皮拉尼计片上集成了温度计线圈,利用温度台阶实验标定了温度线圈,实现了对环境温度的测量。皮拉尼计通过测量薄膜微热板的温度反应外界压强信息,当外界温度改变时微热板温度也会随着改变,从而影响到器件的输出。为了减小测试过程中温度的影响,本文提出了三种不同的方案,分别是表达式求解、固定比例插值和电阻比值法,利用这些方案可达到测试线性区间±15%读值精度的要求。本文利用退火的方法提高了皮拉尼计器件的稳定性,完成了温度计与皮拉尼计的集成,并且给出了减小测量过程中温度效应的解决方案,使器件的可靠性得到提升。
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