迟　霄，张晓波，刘　丽，何　越，王连元

(超硬材料国家重点实验室，吉林大学物理学院，吉林长春　130012)

0　引言

基于微电子系统(MEMS)技术的气体传感器由于采用了传统的半导体制作技术[1]。在这种新型的气体传感器中，微热板的设计是很重要的一个环节，微热板在传感器中起到加热敏感膜使其达到最佳工作温度的作用[4-6]。在微热板的设计中，应使其温度场分布尽量均匀，否则会降低器件的敏感特性和选择性[7]。微热板的结构、材料及尺寸参数的设置对气体传感器的灵敏度等指标有着重要影响[3，8]。

ANSYS中的Multiphysics模块可分析各种结构的温度分布[9-10]。文中通过有限元分析的方法，设计了一种新型的具有3个引脚的微热板结构，并模拟出新型微热板的温度分布。

1　微热板的结构设计

新型微热板结构如图1所示，微热板具有三引脚电极结构，这种结构降低了微热板的制作难度。微热板的平面尺寸为1．0 mm × 1．5 mm．Si衬底是由(100)晶向的单晶硅经各向异性腐蚀而成，在Si衬底上生长前后两层SiO2，前SiO2层既是绝缘层，也是隔热层。后SiO2层能起到防止热量散失的作用[11]。图1中加热电极上的箭头表示加热电流的方向。加热电极宽度为50 μm．测量电极的宽度和间距分别为20 μm和500 μm．

图1　新型微热板的结构示意图

2　微热板的结构优化

2．1基底结构的优化

微热板中基底由不同材料构成，分别为前SiO2层、中间Si层、后SiO2层，它们厚度的改变对传感器的温度分布有着重要的影响[11]。为了方便起见，用E、G、B分别表示微热板基底中前SiO2层、中间Si层、后SiO2层的厚度。……