山東大學(xué)陶繼方教授團隊在MEMS流量傳感器跨氣體應(yīng)用方面取得重要進展
近日，山東那大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院陶繼方教授團隊提出基于 “理論推導(dǎo) -實驗修正”的氣體系數(shù)測定方法，為MEMS流量傳感器在半導(dǎo)體等多氣體場景的規(guī)?；瘧?yīng)用提供關(guān)鍵支撐。相關(guān)成果以“Hybrid Modeling and Experimental Validation for Gas Factor Determination in a MEMS Thermal Flow Meter”為題，發(fā)表于工業(yè)電子領(lǐng)域頂級期刊 IEEE Transactions on Industrial Electronics(中科院一區(qū)TOP)。論文第一作者為山東大學(xué)2022級博士生田偉，通訊作者為陶繼方教授，通訊單位為山東大學(xué)，這是山東大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院首次在該期刊上發(fā)文。青島芯笙微納電子科技有限公司為本工作提供了關(guān)鍵實驗驗證設(shè)備與場地支持。
MEMS熱式流量傳感器依托其獨特的“微型化結(jié)構(gòu) + 極低熱容”特性，具備靈敏度高、響應(yīng)速度快和制造成本低等優(yōu)勢，已在生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)顯著經(jīng)濟價值。但在電子特氣密集使用的半導(dǎo)體制造等場景，其規(guī)模化部署受限于跨氣體測量精度不足——行業(yè)“單一氣體標定 + 氣體系數(shù)切換”的生產(chǎn)和應(yīng)用模式下，MEMS流量傳感器氣體系數(shù)相關(guān)研究匱乏，使其無法適配多元特氣的精準測控需求。
針對該現(xiàn)狀，團隊開發(fā)了一款多孔硅隔熱支撐結(jié)構(gòu)的高可靠MEMS熱式流量傳感器，并創(chuàng)新提出氣體系數(shù)的“理論-實驗”兩步計算方法：通過構(gòu)建解析傳感器的二維傳熱模型，推導(dǎo)出輸出信號與氣體熱物性參數(shù)的關(guān)聯(lián)式，輔以實驗數(shù)據(jù)進行式中特征指數(shù)修正，形成通用氣體系數(shù)計算式。該式僅需調(diào)用氣體熱物性參數(shù)即可快速求解，驗證顯示不同情況下特氣轉(zhuǎn)換誤差可控制在0.5~6.4%FS以內(nèi)。相較于傳統(tǒng)實驗法，該方法無需依賴大量實氣測試，能夠顯著提升生產(chǎn)效率與安全性，兼具重要工程應(yīng)用價值與學(xué)術(shù)參考意義。
陶繼方教授，國家級人才，曾獲泰山青年學(xué)者，齊魯青年學(xué)者，長期深耕工業(yè)級MEMS智能傳感器、集成硅光傳感器等研究領(lǐng)域，發(fā)表高水平SCI論文80余篇，申請發(fā)明專利40余項。相關(guān)研究工作獲得科技部、工信部、GF等國家級項目支持。
合作單位青島芯笙微納電子科技有限公司，依托山東大學(xué)科研底蘊孵化創(chuàng)立，在MEMS流量傳感器領(lǐng)域最早實現(xiàn)“芯片設(shè)計-組件開發(fā)-儀表集成”全產(chǎn)業(yè)鏈自主可控的高科技企業(yè)，并在國內(nèi)首次將MEMS流量芯片技術(shù)應(yīng)用于半導(dǎo)體制造，其創(chuàng)新成果可為國產(chǎn)半導(dǎo)體裝備自主可控提供關(guān)鍵技術(shù)保障。
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