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MEMS单晶硅加热雾化芯片设计与制作*

2019-09-26宋凤民李廷华朱东来

传感器与微系统 2019年10期

韩 熠, 宋凤民, 李廷华, 陈 李, 吴 俊, 朱东来

(1.云南中烟工业有限责任公司技术中心,云南 昆明 650202;2.重庆大学 新型微纳器件与系统重点学科实验室,重庆 400044;3.重庆大学 光电技术及系统教育部重点实验室,重庆 400044)

0 引 言

雾化是采用物理的方法将液体分散成微小液滴的过程,在雾化治疗、油雾润滑、雾化加湿等领域应用广泛。常用的雾化方法有超声雾化、气流雾化、振动雾化、声表面波雾化、加热雾化等等[1~4]。对于水、药液等低粘度液体,超声雾化、微孔振动雾化等均具有较好的雾化效果。而对油等高粘度液体,加热雾化则是一个较好的选择。加热雾化是将加热器的温度升至液体沸点附近,使得接触的液体快速气化形成雾滴。

微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)微加热芯片具有体积小、一致性较好等优点,在气体传感器、湿度传感器、PCR芯片等领域得到重要应用,国内外报道了多种结构的MEMS微加热芯片,这些发热芯片大多是在衬底上制作电阻器作为发热体,工作时在发热体电极上加载电压,进而产生焦耳热使得芯片温度上升[5~7]。常见的发热电阻器材料包括Pt,Au,SiC,TiN等,研究的重点在发热电阻器的几何结构、分布方式等,以提高升温的迅速性和温度分布的均匀性[8~10]。对于液体的加热雾化应用,上述结构的发热芯片存在以下不足:一是对于大功率、高温加热容易导致电阻器脱落;二是由于芯片要和液体长期接触,使得发热电阻器与液体之间的绝缘变得困难;三是由于电阻器通过热传导来加热芯片,使得电阻器的布局对芯片温度分布均匀性影响较大,需要精心设计芯片结构,制造工艺也相对复杂。……

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