关经纬，黄正兴，唐祯安

(大连理工大学 电子科学与技术学院，辽宁 大连 116024)

微热板中微纳空气间隙传热特性研究

关经纬，黄正兴，唐祯安

(大连理工大学 电子科学与技术学院，辽宁 大连 116024)

摘要:在微热板(MHP)的应用过程中，其本身的热特性是影响器件性能的重要因素之一，同时加热电极和衬底之间的气体间隙传热是影响MHP热特性的一个关键因素。采用标准CMOS工艺和简单的post-CMOS工艺，设计制作了一种具有550 nm空气间隙的MHP，在热稳态下利用MHP的自加热效应测得了空气间隙的传热热导，结果表明:截面积为35 μm×35 μm、厚550 nm的空气间隙的热导为6.74×10-5W/K，MHP的整体热导为7.51×10-5W/K，可见在MHP热耗散中，空气间隙传热占主导地位。

关键词:微尺度；空气间隙；微热板；热传导

0引言

由于体积小、质量轻、功耗低、升温快、易集成等优点，基于硅微加工技术的微热板(micro-hotplate,MHP)已成为微电子机械系统中常用的加热平台，已广泛用于制作热传感器、加热器、红外线发射器和能量生成器等，例如:红外线感应热电堆[1]、微测辐射热计[2,3]、微型气体传感器[4,5]、微加速度计[6]、微皮拉尼气压传感器[7]、薄膜量热卡计[8]、微发射器[9]、热电器件[10,11]等。这些器件的性能很大程度上取决于MHP结构的传热特性，它们的响应时间、灵敏度、功耗和输出电压与MHP的热导、热容有着直接的关系。文献[12～14]指出在一定气压下，加热电极与衬底间的空气间隙传热在MHP传热中占主导地位，所以,空气间隙传热特性的研究对MHP结构的设计优化和应用环境优化具有重要意义。本文采用表面牺牲层工艺设计制作了一种MHP结构来研究空气间隙的传热。……