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《北方工业大学》 2017年
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压电式MEMS压力传感器的设计与工艺研究

刘园园  
【摘要】:压电式MEMS压力传感器是微器件中应用较广泛的一种,而敏感材料则是传感器技术的关键。所以本文主要的研究内容是微机电系统中的压电式MEMS压力传感器,以具有压电性能的PZT和BiFeO_3为敏感材料,分别利用溶胶-凝胶法和旋涂工艺相结合制备PZT压电薄膜,利用静电纺丝技术制备BiFeO_3纳米纤维,并与通过光刻、磁控溅射、干法刻蚀等微加工工艺制备的硅基底片相结合,制作出基于PZT压电薄膜和BiFeO_3纳米纤维的压电式MEMS压力传感器。最后设计并搭建一套压力传感器的测试平台,对其进行初步的性能测试实验,为多铁材料在微器件上的应用提供理论依据和实验基础。首先,基于平行叉指电极结构,设计三种不同结构类型的压力传感器,即基于PZT压电薄膜的MEMS压力传感器、有弹性薄膜腔且基于BiFeO_3纳米纤维的MEMS压力传感器、无弹性薄膜腔且基于BiFeO_3纳米纤维的MEMS压力传感器,对于无弹性薄膜腔的结构,需要使用PDMS膜来代替受力的弹性薄膜,然后分析和对比三种不同类型传感器的特性。其次,研究微加工工艺和静电纺丝技术。对于微加工工艺,重新拟定本课题三种压力传感器的加工流程,改良工艺参数和加工方式,其中利用溶胶-凝胶法和旋涂法制备PZT压电薄膜,利用干法刻蚀得到弹性薄膜腔,利用旋涂工艺制备PDMS膜等。对于静电纺丝技术,优化推进速度、电场强度、极板间距、接收距离等实验参数,在电极上制备出趋于平行的BiFeO_3纳米纤维,并对退火后的纳米纤维进行XRD和SEM表征分析。最后,设计测试系统并搭建压力传感器测试平台,测试系统主要包括真空装置、数字压差计、测试电路等,对制备成功的压力传感器实行初步性能测验,分析实验数据,得到压力输入和电压输出的关系。
【学位授予单位】:北方工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP212

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【参考文献】
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