專利名稱：真空傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于真空傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種微型真空傳感器。
背景技術(shù)：
隨著真空微電子器件的廣泛應(yīng)用，越來越多的微電子器件和微機械系統(tǒng)需要在真空環(huán)境下工作，而且對真空度的要求也越來越高。而現(xiàn)有的真空封裝技術(shù)會存在一定的殘余壓力，而且時間一長也會有密封失效的問題，然而封裝內(nèi)部的真空度又無法測量，因此將無法確保這些微電子和微機械系統(tǒng)是否在其設(shè)計的工作環(huán)境中工作。如果能將微型真空傳感器集成到這些微電子器件和為機械系統(tǒng)中，那么可以隨時監(jiān)控這些器件的工作環(huán)境的真空度，從而可以得知這些真空微電子器件和微機電系統(tǒng)是否在其最佳的工作狀態(tài)，確保其可靠性。因此微型真空傳感器在真空微電子和微機械系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。1993 ^ H. Hemni 等(H. Hemni, S. Shoji, K. Yosimi, and Μ. Esashi. Vacuum package for microresonators by glass-silicon anodic bonding,7th International Conference on Solid-State Sensor and Actutors, Transducers' 93, Japan,1993 584-587)研制了微型薄膜真空傳感器，其工作原理是敏感薄膜與一個與之平行的電極組成平行電容，當(dāng)外界真空度發(fā)生變化時，敏感薄膜就會感應(yīng)并發(fā)生形變，從而使得平板電容的電容大小發(fā)生變化，通過這個電容的變化可計算出真空度的大小，不過當(dāng)時由于技術(shù)限制， 測量范圍很有限并且需要交流模式下才可以測量，所以測量真空度不太方便。1999年浙江大學(xué)的王躍林和日本的M. Esashi等(王躍林，M. Esashi..新型力平衡微機械真空傳感器研究.真空科學(xué)與技術(shù)，1994，1 Κ4) :304-311)研制了一種力平衡式的薄膜微型真空傳感器，擴展了薄膜式微型真空計的測量范圍，并提高了其靈敏度。盡管如此，但是薄膜式真空傳感器的關(guān)鍵部件密封腔受密封技術(shù)和密封失效問題的限制，應(yīng)用范圍也相對受限。1999年浙江大學(xué)的金心宇等(金心宇，張昱，周綺敏等.硅微機械諧振真空傳感器穩(wěn)幅真空計的研究，儀表技術(shù)與傳感器，1999 :14-16)研制了一種新型的硅微機械諧振真空傳感器，其工作原理是，以在單晶片上通過各向異性腐蝕形成的懸臂梁作為諧振子，以懸臂梁自由端的質(zhì)量塊底面為上電極，以硅-硅直接鍵合的襯底硅片為下電極，組成靜電激勵器，而在懸臂梁的的后部制作有壓阻器件，將懸臂梁的后部制作有壓阻器件，將懸臂梁的震動轉(zhuǎn)換成電阻信號輸出，但是這種傳感器的懸臂梁加工難度大，且易受環(huán)境溫度影響。2007年廈門大學(xué)的孫道恒，文蔚任，王凌云發(fā)明的真空傳感器(公開號CN 101034029A)是一種基于微機電系統(tǒng)利用硅尖陣列場致發(fā)射的微型傳感器，其工作原理是利用真空微電子中場發(fā)射電流大小隨真空度變化的關(guān)系，將硅尖陣列作為電子發(fā)射源，金屬陽極作為電子收集器，在高壓電場的發(fā)射下，產(chǎn)生場發(fā)射電流，通過測量場發(fā)射電流的大小來間接測量真空度的大小。但其不足之處在于，這種傳感器的工作電壓較高，需數(shù)十伏至上百伏，且場發(fā)射閾值難以判斷。因此，在CN 101034029A的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供了一種在較低工作電壓下即可產(chǎn)生較大的電流，既安全又便于測量的微型真空傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可適用于較低工作電壓下的微型真空傳感器。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種真空傳感器，包括表面絕緣的襯底以及設(shè)置在該襯底上的陽極和陰極微電極，所述的陽極和陰極微電極與各自的電極導(dǎo)線相連，且陰極上覆蓋有一維納米材料。在本發(fā)明的較佳實施方式中，電極導(dǎo)線與3-10伏的直流低壓電源相連。在本發(fā)明的較佳實施方式中，陽極和陰極為三維結(jié)構(gòu)且具有一定高度。在本發(fā)明的另一較佳實施方式中，該一維納米材料為碳納米管、碳化硅納米線、硅納米線、氧化鋅納米線中的一種。在本發(fā)明的另一較佳實施方式中，陽極覆蓋有導(dǎo)電性能良好的金屬，該金屬可以為金、鋁、鎳、銅、鉬、銀中的一種。在本發(fā)明的另一較佳實施方式中，該襯底材料為玻璃、高阻硅或表層鍍有絕緣層的硅片。在所有這些實施方式中，陽極或陰極微電極可以為微電極單元或微電極陣列。工作時，陰極和陽極通過電極導(dǎo)線連接至3-10伏的直流低壓電源，在直流低壓電源的作用下，在陽極和陰極之間產(chǎn)生場發(fā)射電流，由于在不同的氣壓下，氣體分子的極化程度不同，進而可以形成不同的場發(fā)射電流，因此該場發(fā)射電流的大小與真空度有對應(yīng)關(guān)系， 通過測量該電流的大小即可間接測量出真空度的大小，且由于一維納米材料具有優(yōu)異的場發(fā)射性能，在較低的3-10伏直流電壓下即可產(chǎn)生較大的電流，而無需現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)十伏至上百伏高壓電場，既安全又便于測量。以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。


圖1是根據(jù)本發(fā)明一個具體實施例的示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，圖中襯底1由表面絕緣的材料制成，如玻璃、二氧化硅、氮化硅、高阻硅或表層鍍有絕緣層的硅片等；陽極2為表面覆蓋有導(dǎo)電性能良好的金屬材料的微電極， 所述金屬材料可以是金、鋁、鎳、銅、鉬或銀；陰極3的表面上則覆蓋有一維的納米材料5，如碳納米管、碳化硅納米線、硅納米線、氧化鋅納米線；陽極2和陰極3為三維結(jié)構(gòu)，具有一定的高度(5微米至1毫米)，共同組成了微電極單元4 ；6為將陽極2和陰極3連接至可提供 3-10伏的直流低壓電源7的電極引線，采用微加工工藝上述操作。實施例1 本實施例的結(jié)構(gòu)和組成如圖1所示，其中襯底1為玻璃襯底；陽極2為金微電極。 陰極3上覆蓋有單壁碳納米管，陰極3和陽極2間的電壓為3伏。
實施例2 本實施例的結(jié)構(gòu)和組成如圖1所示，其中襯底1為高阻硅；陽極2為銀微電極。陰極3上覆蓋有氧化鋅納米線，陰極3和陽極2間的電壓為10伏。在進一步的實施例中，上述的實施方式也可采用由所述的微電極組成的微電極陣列的形式。需要指出的是，根據(jù)本發(fā)明的真空傳感器即可以用于體積微小的真空裝置的內(nèi)部真空度的測量，也可以用于較大真空腔室的真空度測量。以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種真空傳感器，包括表面絕緣的襯底以及設(shè)置在所述襯底上的陽極和陰極微電極，所述的陽極和陰極微電極與各自的電極導(dǎo)線相連，其特征在于所述的陰極上覆蓋有一維納米材料。
2.如權(quán)利要求1所述的真空傳感器，其特征在于，所述的陽極和陰極微電極之間的電壓為3-10伏。
3.如權(quán)利要求1所述的真空傳感器，其特征在于，其中所述陽極和所述陰極為三維結(jié)構(gòu)且具有一定高度。
4.如權(quán)利要求1所述的真空傳感器，其特征在于，其中所述一維納米材料為碳納米管、 碳化硅納米線、硅納米線、氧化鋅納米線中的一種。
5.如權(quán)利要求1所述的真空傳感器，其特征在于，其中所述的陽極覆蓋有導(dǎo)電性能良好的金屬。
6.如權(quán)利要求5所述的真空傳感器，其特征在于，其中所述金屬為金、鋁、鎳、銅、鉬、銀中的一種。
7.如權(quán)利要求1所述的真空傳感器，其特征在于，其中所述的襯底材料為玻璃、二氧化硅、氮化硅、高阻硅或表層鍍有絕緣層的硅片。
8.如在前的任一權(quán)利要求中所述的真空傳感器，其特征在于，其中所述的陽極微電極或陰極微電極為微電極單元或微電極陣列。
9.如權(quán)利要求8所述的真空傳感器，其特征在于，其中所述的陽極微電極和陰極微電極為三維結(jié)構(gòu)，高度為5微米至1毫米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種真空傳感器，包括表面絕緣的襯底以及設(shè)置在該襯底上的陽極和陰極微電極，該陽極和陰極微電極與各自的電極導(dǎo)線相連，且陰極上覆蓋有一維納米材料。本發(fā)明利用了一維納米材料具有優(yōu)異的場發(fā)射性能，在較低的直流電壓下即可產(chǎn)生較大的電流，既安全又便于測量。
文檔編號G01L21/30GK102494837SQ201110391809
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月1日
發(fā)明者回兵, 張亞非, 徐東, 徐航, 魏浩 申請人:上海交通大學(xué)