一种具有低热容热源结构的流量芯片的制作方法

本技术涉及热式流量传感器，尤其是指一种具有低热容热源结构的流量芯片。

背景技术：

1、mems质量流量传感器主要包括中心加热元件和测温元件两部分。根据测温元件的制作工艺，可以分为热阻型和热电偶型。热阻型传感器的测温电阻是通过金属溅射形成，而热电偶型传感器则采用mems工艺加工制备热电偶对作为测温元件材料。多对热电偶对组成热电堆结构，其工作原理基于塞贝克效应，通过接收物体发射的红外电磁波，在冷热端形成温度差，并将其转换为可测量的电信号来检测物体温度。然而，传统热式流量传感器中热源的响应速度较慢，即热源温度变化缓慢，这可能导致测量结果出现滞后和不准确。

技术实现思路

1、为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中热式流量传感器中的热源存在慢性响应导致测量结果的滞后和不准确的问题。

2、为解决上述技术问题，本实用新型提供一种具有低热容热源结构的流量芯片，包括：

3、衬底；

4、热电堆结构，包括分别设置于所述衬底上的上游热电堆测温元件、下游热电堆测温元件和中心热源；

5、其中，所述中心热源包括中心热源层热电偶以及形成于所述中心热源层热电偶表面的微阵列微针微纳圆锥结构。

6、在本实用新型的一种实施方式中，还包括设置于所述衬底上的一层氮化硅支撑层，所述上游热电堆测温元件、所述下游热电堆测温元件和所述中心热源分别设置于所述氮化硅支撑层上。

7、在本实用新型的一种实施方式中，所述上游热电堆测温元件包括沿所述氮化硅支撑层依次设置的上游测温热电堆下层热电偶、上游测温热电堆中层热电偶和上游测温热电堆上层热电偶，所述上游测温热电堆中层热电偶和所述上游测温热电堆下层热电偶之间连接有第一导线，所述上游测温热电堆中层热电偶和所述上游测温热电堆上层热电偶之间连接有第二导线。

8、在本实用新型的一种实施方式中，所述下游热电堆测温元件包括沿所述氮化硅支撑层依次设置的下游测温热电堆下层热电偶、下游测温热电堆中层热电偶和下游测温热电堆上层热电偶，所述下游测温热电堆中层热电偶和所述下游测温热电堆下层热电偶之间连接有第三导线，所述下游测温热电堆中层热电偶和所述下游测温热电堆上层热电偶之间连接有第四导线。

9、在本实用新型的一种实施方式中，还包括分别覆盖所述上游测温热电堆下层热电偶、所述下游测温热电堆下层热电偶和所述氮化硅支撑层各自的表面的第一氧化硅隔离层。

10、在本实用新型的一种实施方式中，还包括分别覆盖所述上游测温热电堆中层热电偶、所述下游测温热电堆中层热电偶和所述第一氧化硅隔离层各自的表面的第二氧化硅隔离层。

11、在本实用新型的一种实施方式中，还包括分别覆盖所述上游测温热电堆上层热电偶、所述下游测温热电堆上层热电偶和所述第二氧化硅隔离层各自的表面的第三氧化硅隔离层。

12、在本实用新型的一种实施方式中，还包括覆盖所述第三氧化硅隔离层表面、所述中心热源层热电偶、所述第一导线、所述第二导线、所述第三导线和所述第四导线的氮化硅钝化层。

13、在本实用新型的一种实施方式中，所述上游测温热电堆下层热电偶、所述上游测温热电堆中层热电偶和所述上游测温热电堆上层热电偶分别为第一导电类型多晶硅半导体、第二导电类型多晶硅半导体和第一导电类型多晶硅半导体，所述下游测温热电堆下层热电偶、所述下游测温热电堆中层热电偶和所述下游测温热电堆上层热电偶分别为第一导电类型多晶硅半导体、第二导电类型多晶硅半导体和第一导电类型多晶硅半导体，所述中心热源层热电偶为第一导电类型多晶硅半导体。

14、在本实用新型的一种实施方式中，所述第一导电类型为n型，所述第二导电类型为p型；或者所述第一导电类型为p型，所述第二导电类型为n型。

15、本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

16、本实用新型所述的一种具有低热容热源结构的流量芯片，该方法通过在热源上方刻蚀硅微针结构，引入微纳结构，实现了以下优势：减小整体热源热容，降低热源慢性响应，使得热源的温度变化更加灵敏和快速，提高了瞬态响应能力。此外，热容较小的热源在达到稳定温度时所需能量较少，从而降低了能耗。快速温度变化意味着上下游测温元件所采集的数据更加准确和精细，避免了由于热源温度过度波动而引起的误差，从而提高了整体芯片的精度。

技术特征：

1.一种具有低热容热源结构的流量芯片，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种具有低热容热源结构的流量芯片，其特征在于，还包括设置于所述衬底（1）上的一层氮化硅支撑层（4），所述上游热电堆测温元件、所述下游热电堆测温元件和所述中心热源分别设置于所述氮化硅支撑层（4）上。

3.根据权利要求2所述的一种具有低热容热源结构的流量芯片，其特征在于，所述上游热电堆测温元件包括沿所述氮化硅支撑层（4）依次设置的上游测温热电堆下层热电偶（5a）、上游测温热电堆中层热电偶（5b）和上游测温热电堆上层热电偶（5c），所述上游测温热电堆中层热电偶（5b）和所述上游测温热电堆下层热电偶（5a）之间连接有第一导线（9a），所述上游测温热电堆中层热电偶（5b）和所述上游测温热电堆上层热电偶（5c）之间连接有第二导线（9b）。

4.根据权利要求3所述的一种具有低热容热源结构的流量芯片，其特征在于，所述下游热电堆测温元件包括沿所述氮化硅支撑层（4）依次设置的下游测温热电堆下层热电偶（7a）、下游测温热电堆中层热电偶（7b）和下游测温热电堆上层热电偶（7c），所述下游测温热电堆中层热电偶（7b）和所述下游测温热电堆下层热电偶（7a）之间连接有第三导线（9c），所述下游测温热电堆中层热电偶（7b）和所述下游测温热电堆上层热电偶（7c）之间连接有第四导线（9d）。

5.根据权利要求4所述的一种具有低热容热源结构的流量芯片，其特征在于，还包括分别覆盖所述上游测温热电堆下层热电偶（5a）、所述下游测温热电堆下层热电偶（7a）和所述氮化硅支撑层（4）各自的表面的第一氧化硅隔离层。

6.根据权利要求5所述的一种具有低热容热源结构的流量芯片，其特征在于，还包括分别覆盖所述上游测温热电堆中层热电偶（5b）、所述下游测温热电堆中层热电偶（7b）和所述第一氧化硅隔离层各自的表面的第二氧化硅隔离层。

7.根据权利要求6所述的一种具有低热容热源结构的流量芯片，其特征在于，还包括分别覆盖所述上游测温热电堆上层热电偶（5c）、所述下游测温热电堆上层热电偶（7c）和所述第二氧化硅隔离层各自的表面的第三氧化硅隔离层。

8.根据权利要求7所述的一种具有低热容热源结构的流量芯片，其特征在于，还包括覆盖所述第三氧化硅隔离层表面、所述中心热源层热电偶（6）、所述第一导线（9a）、所述第二导线（9b）、所述第三导线（9c）和所述第四导线（9d）的氮化硅钝化层（10）。

9.根据权利要求4所述的一种具有低热容热源结构的流量芯片，其特征在于，所述上游测温热电堆下层热电偶（5a）、所述上游测温热电堆中层热电偶（5b）和所述上游测温热电堆上层热电偶（5c）分别为第一导电类型多晶硅半导体、第二导电类型多晶硅半导体和第一导电类型多晶硅半导体，所述下游测温热电堆下层热电偶（7a）、所述下游测温热电堆中层热电偶（7b）和所述下游测温热电堆上层热电偶（7c）分别为第一导电类型多晶硅半导体、第二导电类型多晶硅半导体和第一导电类型多晶硅半导体，所述中心热源层热电偶（6）为第一导电类型多晶硅半导体。

10.根据权利要求9所述的一种具有低热容热源结构的流量芯片，其特征在于，所述第一导电类型为n型，所述第二导电类型为p型；或者所述第一导电类型为p型，所述第二导电类型为n型。

技术总结本技术涉及一种具有低热容热源结构的流量芯片。本技术包括衬底；热电堆结构，包括分别设置于所述衬底上的上游热电堆测温元件、下游热电堆测温元件和中心热源；其中，所述中心热源包括中心热源层热电偶以及形成于所述中心热源层热电偶表面的微阵列微针微纳圆锥结构。具有该微阵列微针微纳圆锥结构的流量芯片能够减小整体热源热容，降低热源慢性响应，使得热源的温度变化更加灵敏和快速，提高了瞬态响应能力。技术研发人员：杨绍松,刘同庆受保护的技术使用者：无锡芯感智半导体有限公司技术研发日：20231101技术公布日：2024/7/9