طراحی و ساخت میکروهیتر بهبود یافته با الکترودهایی از جنس طلا و مقایسه عملکرد آن با میکروهیتر پلاتینی

با پیشرفت ریزفناوری میکروماشین‌کاری و میکروالکترونیک، میکروهیترها کاربردهای زیادی در میکروحسگرها پیدا کرده‌اند. جنس الکترود گرمکننده یکی از عوامل تاثیرگذار در میزان اتلاف توان، پاسخ زمانی و حساسیت میکروهیتر می‌باشد. در این مقاله دو میکروهیتر با هندسه یکسان، اما با دو فلز مختلف بر روی بستر سیلیکون و بر پایه فناوری میکروماشین‌کاری حجمی (mems) طراحی، ساخته و مشخصه‌یابی شده‌اند. در میکروهیتر اول از طلا و در میکروهیتر دوم از پلاتین به عنوان الکترود گرم‌کننده استفاده شده و تاثیر جنس الکترود گرم‌کننده بر روی میزان عملکرد میکروهیتر بررسی شده است. در ضمن برای بهبود کارایی میکروهیترها، طراحی آن‌ها مورد بررسی قرار گرفته و میکروهیتر با طراحی بهینه انتخاب شده است. نتایج تحلیل تئوری نشان می‌دهد که میکروهیتر طلایی دارای پاسخ زمانی کمتر و توان مصرفی بیشتری نسبت به میکروهیتر پلاتینی می‌باشد. نتایج آزمایشگاهی به‌دست آمده، نتایج حاصل از تحلیل تئوری را تصدیق می‌کند و نشان میدهد که میکروهیترهای ساخته شده با طراحی بهینه، دارای عملکرد بالایی هستند؛ به‌طوریکه برای رسیدن به دمای بالای oc450، توان مصرفی و پاسخ زمانی در میکروهیتر طلایی به‌ترتیب mw36 و ms75/1 و در میکروهیتر پلاتینی به‌ترتیب mw30 و ms1/2 می‌باشند. این نتایج نشان می‌دهند که با ساختن میکروهیترهایی از جنس طلا پاسخ زمانی 6/16% در مقایسه با میکروهیتر پلاتینی بهبود می‌یابد.

Design and fabrication of optimized gold microheater and comparison of its performance with platinum microheater

With the development of microelectronics and micromachining technology, microheater has found plenty of applications in microsensor. Heating electrode material is one of the key factors which affect the power loss, response time and sensitivity of the microheater. In this paper, two microheaters with same geometry using two various metals have been design, fabricated and characterize on silicon substrate based on microelectromechanicalsystems (MEMS) fabrication process. In the first microheater, gold and in the second microheater, platinum are used as heating electrode, and the effect of heating electrode material on the performance of microheater is evaluated. Moreover, to improve microheaters efficiency, their design is investigated and the microheater with optimum design is chosen. The analytical results exhibit that gold microhater has lower response time and higher power loss than platinum microheater. The experimental results are in good agreement with the results obtained from the analytical analysis and show that fabricated microheaters with optimum design have high performance; as power consumption and response time are 36mW and 1.75ms respectively in gold microheater and 30mW and 2.1ms respectively in platinum microheater for the temperature variation from 30oC to 450oC. These results demonstrate that with fabrication of gold microheater response time improve 16.6% in comparison with platinum microheater.