专利名称：真空传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于真空传感器领域，尤其涉及一种微型真空传感器。
背景技术：
随着真空微电子器件的广泛应用，越来越多的微电子器件和微机械系统需要在真空环境下工作，而且对真空度的要求也越来越高。而现有的真空封装技术会存在一定的残余压力，而且时间一长也会有密封失效的问题，然而封装内部的真空度又无法测量，因此将无法确保这些微电子和微机械系统是否在其设计的工作环境中工作。如果能将微型真空传感器集成到这些微电子器件和为机械系统中，那么可以随时监控这些器件的工作环境的真空度，从而可以得知这些真空微电子器件和微机电系统是否在其最佳的工作状态，确保其可靠性。因此微型真空传感器在真空微电子和微机械系统等领域有着广泛的应用。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传感器，其工作原理是敏感薄膜与一个与之平行的电极组成平行电容，当外界真空度发生变化时，敏感薄膜就会感应并发生形变，从而使得平板电容的电容大小发生变化，通过这个电容的变化可计算出真空度的大小，不过当时由于技术限制， 测量范围很有限并且需要交流模式下才可以测量，所以测量真空度不太方便。1999年浙江大学的王跃林和日本的M. Esashi等(王跃林，M. Esashi..新型力平衡微机械真空传感器研究.真空科学与技术，1994，1 Κ4) :304-311)研制了一种力平衡式的薄膜微型真空传感器，扩展了薄膜式微型真空计的测量范围，并提高了其灵敏度。尽管如此，但是薄膜式真空传感器的关键部件密封腔受密封技术和密封失效问题的限制，应用范围也相对受限。1999年浙江大学的金心宇等(金心宇，张昱，周绮敏等.硅微机械谐振真空传感器稳幅真空计的研究，仪表技术与传感器，1999 :14-16)研制了一种新型的硅微机械谐振真空传感器，其工作原理是，以在单晶片上通过各向异性腐蚀形成的悬臂梁作为谐振子，以悬臂梁自由端的质量块底面为上电极，以硅-硅直接键合的衬底硅片为下电极，组成静电激励器，而在悬臂梁的的后部制作有压阻器件，将悬臂梁的后部制作有压阻器件，将悬臂梁的震动转换成电阻信号输出，但是这种传感器的悬臂梁加工难度大，且易受环境温度影响。2007年厦门大学的孙道恒，文蔚任，王凌云发明的真空传感器(公开号CN 101034029A)是一种基于微机电系统利用硅尖阵列场致发射的微型传感器，其工作原理是利用真空微电子中场发射电流大小随真空度变化的关系，将硅尖阵列作为电子发射源，金属阳极作为电子收集器，在高压电场的发射下，产生场发射电流，通过测量场发射电流的大小来间接测量真空度的大小。但其不足之处在于，这种传感器的工作电压较高，需数十伏至上百伏，且场发射阈值难以判断。因此，在CN 101034029A的基础上，本发明提供了一种在较低工作电压下即可产生较大的电流，既安全又便于测量的微型真空传感器。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种可适用于较低工作电压下的微型真空传感器。为实现上述目的，本发明提供了一种真空传感器，包括表面绝缘的衬底以及设置在该衬底上的阳极和阴极微电极，所述的阳极和阴极微电极与各自的电极导线相连，且阴极上覆盖有一维纳米材料。在本发明的较佳实施方式中，电极导线与3-10伏的直流低压电源相连。在本发明的较佳实施方式中，阳极和阴极为三维结构且具有一定高度。在本发明的另一较佳实施方式中，该一维纳米材料为碳纳米管、碳化硅纳米线、硅纳米线、氧化锌纳米线中的一种。在本发明的另一较佳实施方式中，阳极覆盖有导电性能良好的金属，该金属可以为金、铝、镍、铜、钼、银中的一种。在本发明的另一较佳实施方式中，该衬底材料为玻璃、高阻硅或表层镀有绝缘层的硅片。在所有这些实施方式中，阳极或阴极微电极可以为微电极单元或微电极阵列。工作时，阴极和阳极通过电极导线连接至3-10伏的直流低压电源，在直流低压电源的作用下，在阳极和阴极之间产生场发射电流，由于在不同的气压下，气体分子的极化程度不同，进而可以形成不同的场发射电流，因此该场发射电流的大小与真空度有对应关系， 通过测量该电流的大小即可间接测量出真空度的大小，且由于一维纳米材料具有优异的场发射性能，在较低的3-10伏直流电压下即可产生较大的电流，而无需现有技术中的数十伏至上百伏高压电场，既安全又便于测量。以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
图1是根据本发明一个具体实施例的示意图。
具体实施例方式如图1所示，图中衬底1由表面绝缘的材料制成，如玻璃、二氧化硅、氮化硅、高阻硅或表层镀有绝缘层的硅片等；阳极2为表面覆盖有导电性能良好的金属材料的微电极， 所述金属材料可以是金、铝、镍、铜、钼或银；阴极3的表面上则覆盖有一维的纳米材料5，如碳纳米管、碳化硅纳米线、硅纳米线、氧化锌纳米线；阳极2和阴极3为三维结构，具有一定的高度(5微米至1毫米)，共同组成了微电极单元4 ；6为将阳极2和阴极3连接至可提供 3-10伏的直流低压电源7的电极引线，采用微加工工艺上述操作。实施例1 本实施例的结构和组成如图1所示，其中衬底1为玻璃衬底；阳极2为金微电极。 阴极3上覆盖有单壁碳纳米管，阴极3和阳极2间的电压为3伏。
实施例2 本实施例的结构和组成如图1所示，其中衬底1为高阻硅；阳极2为银微电极。阴极3上覆盖有氧化锌纳米线，阴极3和阳极2间的电压为10伏。在进一步的实施例中，上述的实施方式也可采用由所述的微电极组成的微电极阵列的形式。需要指出的是，根据本发明的真空传感器即可以用于体积微小的真空装置的内部真空度的测量，也可以用于较大真空腔室的真空度测量。以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
权利要求
1.一种真空传感器，包括表面绝缘的衬底以及设置在所述衬底上的阳极和阴极微电极，所述的阳极和阴极微电极与各自的电极导线相连，其特征在于所述的阴极上覆盖有一维纳米材料。
2.如权利要求1所述的真空传感器，其特征在于，所述的阳极和阴极微电极之间的电压为3-10伏。
3.如权利要求1所述的真空传感器，其特征在于，其中所述阳极和所述阴极为三维结构且具有一定高度。
4.如权利要求1所述的真空传感器，其特征在于，其中所述一维纳米材料为碳纳米管、 碳化硅纳米线、硅纳米线、氧化锌纳米线中的一种。
5.如权利要求1所述的真空传感器，其特征在于，其中所述的阳极覆盖有导电性能良好的金属。
6.如权利要求5所述的真空传感器，其特征在于，其中所述金属为金、铝、镍、铜、钼、银中的一种。
7.如权利要求1所述的真空传感器，其特征在于，其中所述的衬底材料为玻璃、二氧化硅、氮化硅、高阻硅或表层镀有绝缘层的硅片。
8.如在前的任一权利要求中所述的真空传感器，其特征在于，其中所述的阳极微电极或阴极微电极为微电极单元或微电极阵列。
9.如权利要求8所述的真空传感器，其特征在于，其中所述的阳极微电极和阴极微电极为三维结构，高度为5微米至1毫米。
全文摘要
本发明公开了一种真空传感器，包括表面绝缘的衬底以及设置在该衬底上的阳极和阴极微电极，该阳极和阴极微电极与各自的电极导线相连，且阴极上覆盖有一维纳米材料。本发明利用了一维纳米材料具有优异的场发射性能，在较低的直流电压下即可产生较大的电流，既安全又便于测量。
文档编号G01L21/30GK102494837SQ201110391809
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月1日 优先权日2011年12月1日
发明者回兵, 张亚非, 徐东, 徐航, 魏浩 申请人:上海交通大学