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[硕士论文] 李宝增
微电子学固体电子学 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:本文给出基于MEMS技术设计的三维磁场/三轴加速度/压力多功能集成化传感器基本结构,其中三维磁场传感器由五只霍尔磁场传感器和磁场集中器构成,基于霍尔效应和磁场集中器原理,可实现三维磁场(Bx、By和Bz)测量;三轴加速度传感器由弹性元件和压敏电阻构成,弹性元件包括四个L型双梁、两个质量块及中间双梁,十二个压敏电阻分布在L型双梁和中间双梁的根部,分别构成三个惠斯通电桥结构,基于压阻效应可实现三轴加速度(ax、ay和az)测量;压力传感器由方形硅膜和位于边缘区域的四个压敏电阻构成,利用扩散硅压阻效应可实现外加压力(P)测量。在此基础上,本文采用TCAD-Atlas软件构建三维磁场传感器仿真模型,并且采用ANSYS Workbench软件构建磁场集中器、三轴加速度传感器和压力传感器结构仿真模型,分别进行传感器特性仿真分析,给出了传感器设计方案,并使用L-Edit软件,完成集成传感器版图的设计。
  基于MEMS技术制作了集成化传感器芯片,采用了内引线压焊技术和无磁性封装材料,实现芯片无磁化封装。本文对封装完成的集成化传感器芯片进行特性测试,在室温条件下,供电电压为5.0V时,实验结果给出三维磁场传感器沿x方向、y方向和z方向磁灵敏度分别为15.2mV/T、15.5mV/T和301.5mV/T;三轴加速度传感器沿x轴、y轴和z轴灵敏度分别为164.025μV/g、49.208μV/g和37.392μV/g;压力传感器灵敏度为0.104mV/kPa。
[硕士论文] 李丹丹
微电子学固体电子学 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:本课题采用MEMS技术在SOI片(器件层为n型<100>晶向单晶硅)上设计、制作粱-膜结构的微压传感器,该结构包括弹性元件和敏感元件。弹性元件由方形硅膜结构和四个短梁结构组成,敏感元件由四个蛇形压敏电阻(R1、R2、R3和R4)组成,且分别制作在四个短梁的根部构成惠斯通电桥结构,基于压阻效应可实现外加压力的测量。一般的C型、E型等硅膜结构相比,该梁-膜结构在受到微压时可产生应力分布集中,通过平面应力集中效应,提高了压力传感器的灵敏度,可实现微压(0kPa-10kPa)的测量。本课题结合压力传感器的结构和工作原理,采用ANSYS有限元软件构建传感器结构的仿真模型,研究硅膜结构对传感器压敏特性的影响,给出优化的几何结构模型。仿真结果给出,梁-膜结构由于应力集中分布效应具有更好的压敏特性,并进一步仿真分析了梁-膜结构参数对压敏特性的影响,给出优化的几何结构参数。
  本文采用L-Edit软件实现梁-膜结构微压传感器芯片版图设计,并基于MEMS技术在SOI片上实现梁-膜结构微压传感器芯片的制作和封装,通过采用全自动压力变送器测试系统、高低温实验箱和压力测试盘等搭建的测试系统,对传感器进行静态特性测试。实验结果给出:在室温20℃、工作电压VDD=5.0V和压力范围0kPa-10kPa下,梁-膜结构的微压传感器灵敏度为0.473mV/kPa、线性度为0.105%F.S.、重复性为0.316%F.S.、迟滞为0.211%F.S.和准确度为0.394%;当温度范围为-40℃到85℃变化时,灵敏度温度漂移为-25ppm/℃。
[硕士论文] 李嘉旭
微电子学固体电子学 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:工业智能化的进步简便了日常生活,却加剧了地球生态的破坏,目前新兴的可见光催化体系是处理这一难题的理想途径。相比于传统光催化剂,BiVO4具有可见光响应的特点,而传统光催化剂的电子-空穴容易相互复合,使光催化效率大大受到限制。因此,本文从BiVO4的合成制备研究着手,探究BiVO4-ZnO的复合改性,以此进一步提高光催化效率。
  本文以硝酸铋(Bi(NO3)3·5H2O)和偏钒酸铵(NH4VO3)为前驱体,乙二醇为溶剂,采用水热法合成了由纳米级粒子自组装堆积而成的椭球状BiVO4。通过调控煅烧温度、水热反应时间和水热反应温度等,进行BiVO4光催化剂制备工艺的优化。对样品进行了XRD、SEM、EDS、TEM、UV-Vis和UV-Vis DRS表征手段,结果表明在水热温度150℃、水热时间18h、450℃煅烧3h后,制备出的BiVO4具有较高的光催化效率,其纳米级小颗粒粒径约为23.51nm,禁带宽度约为2.45eV,3h内对罗丹明B的降解率为92%。
  为进一步改善BiVO4内部电子和空穴相互复合的问题,将ZnO复合到BiVO4表面来进行改性,以此提高光催化效率。本实验以BiVO4为铋源,Zn(CH3COO)2为锌源,NaOH为pH调节剂,制备了BiVO4-ZnO复合样品,复合物中ZnO质量分数分别为1%、3%、5%、7%和10%。结果表明7:复合后的样品晶型并未改变,而5%的ZnO复合后得到的BiVO4-ZnO表面粗糙度高,比表面积大,结晶度最高,ZnO纳米粒子选择性沉积于BiVO4的(200)晶面,形成异质结结构,复合物禁带宽度约为2.32eV,样品粒径约为21.40nm,光照3h后其对罗丹明B溶液降解率为97%,催化速率比纯BiVO4高2倍左右,德国标准光催化剂(P25-TiO2)进行对比,证明了本实验制备的BiVO4和BiVO4-ZnO都具备现实的应用能力。
[硕士论文] 郑安博
微电子学固体电子学 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:SnO2是一种非常优异的气体敏感材料,目前在气体传感器中的使用较为广泛。材料在气体敏感特性方面的提升,能够通过掺杂、形貌变化等手段实现。三维立体的结构可以增加材料表面吸附面积,进而实现气体敏感特性的提升。
  本文研究了SnO2-Fe2O3复合材料的制备过程及其对乙醇气体敏感性能的影响。首先采用水热合成方法分别制备花状SnO2材料、Fe2O3纳米颗粒。为了解决材料衬底之间附着性不好的问题,本文将两种材料加入到制备好的Fe(OH)3胶体后通过旋涂工艺涂覆在陶瓷片衬底上,经过退火处理制备复合材料。
  采用在气敏材料上蒸镀铝叉指电极的手段分别制备了基于花状SnO2材料的气敏元件以及基于SnO2-Fe2O3复合材料的气敏元件,对于两种材料分别进行了乙醇气体的气体敏感测试。经测试,对于300ppm的乙醇气体,花状SnO2气敏材料的最佳工作温度为250℃,而SnO2-Fe2O3复合材料最佳工作温度为300℃;工作温度为250℃时,花状SnO2材料对300ppm乙醇的灵敏度为38.5,而300℃时SnO2-Fe2O3复合材料为43.5;另外SnO2-Fe2O3复合材料对乙醇气体具有响应(10s)恢复时间(17s)短以及选择性良好的优点。通过分析总结出SnO2-Fe2O3复合材料对乙醇具有良好的气敏性能。
[硕士论文] 张泰程
微电子学固体电子学 黑龙江大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国城市化、工业化建设的不断推进,大气环境污染所带来的问题日趋严重,对居民的身体状况带来诸多不利影响。我国对大气环境保护和治理的重视程度不断提升,故差分吸收光谱技术(DOAS)应用到大气环境质量监测系统中。DOAS系统是长光程气体质量监测系统,该系统在应用过程中,光源位置和角反射镜位置相距在百米以上,所以光路自动对准是该系统在应用过程中需要解决的一个重要问题。针对这一问题,本文研究和设计了一种低成本、高可靠性、高稳定性的DOAS系统光路自动对准装置。
  本文针对DOAS系统的工作原理进行深入的研究和分析,设计出合适的光电探测阵列电路和信号处理电路来确定光斑中心的偏移量。光斑中心的偏移位置明确后采用无线传输技术,将偏移数据发送到DOAS系统的位置调整端。最后通过由电机和传动机构组成的二维对准滑台来实现系统的准确位移,实现光路的自动对准控制。
  测试结果表明,本文设计的装置能够实现DOAS系统的光路自动对准,光电探测阵列的检测精度为1mm,并且二维对准滑台的移动精度能够达到0.1mm,在实际应用中具有较高的可靠性和稳定性,达到了装置的设计要求。
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