基于 SMO 薄膜的电导式气体传感器必须加热到高达 550 ◦ C 的温度,才能在 SMO 薄膜表面启动分子吸附过程。通常使用铂作为微加热器材料。这些设备的长期可靠性主要与微机电系统 (MEMS) 结构的机械稳定性有关,该结构用于将微加热器悬浮并与其他集成组件(例如模拟和数字电路)热隔离。然而,先前的研究表明,电迁移和热迁移现象可能会加剧铂微加热器中的应力积累并导致其最终失效。在本文中,我们提出了一种方法来量化空位传输对电迁移和热迁移现象下两种新型微加热器设计中应力积累的影响。第一个设计旨在提高温度均匀性,第二个设计旨在微加热器阵列操作,利用高温度梯度同时在不同的传感器位置提供多个温度。我们的分析表明,热迁移力远高于电迁移力,这意味着这些器件中的高热梯度对空位传输的贡献远大于电子风引起的原子传输。此外,我们计算出,在典型操作条件下,我们提出的设计具有很强的抗空位迁移失效能力,平均失效时间约为 10 15 秒。
主要关键词