山東大學陶繼方教授團隊在MEMS流量傳感器跨氣體應用方面取得重要進展

2026-01-14 11:23:19山東大學閱讀量：16559

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　　近日，山東那大學信息科學與工程學院陶繼方教授團隊提出基于 “理論推導 -實驗修正”的氣體系數(shù)測定方法，為MEMS流量傳感器在半導體等多氣體場景的規(guī)模化應用提供關鍵支撐。相關成果以“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，這是山東大學信息科學與工程學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鍵實驗驗證設備與場地支持。

　　MEMS熱式流量傳感器依托其獨特的“微型化結構 + 極低熱容”特性，具備靈敏度高、響應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)測等領域實現(xiàn)顯著經(jīng)濟價值。但在電子特氣密集使用的半導體制造等場景，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)和應用模式下，MEMS流量傳感器氣體系數(shù)相關研究匱乏，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構的高可靠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：通過構建解析傳感器的二維傳熱模型，推導出輸出信號與氣體熱物性參數(shù)的關聯(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，兼具重要工程應用價值與學術參考意義。

　　陶繼方教授，國家級人才，曾獲泰山青年學者，齊魯青年學者，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，依托山東大學科研底蘊孵化創(chuàng)立，在MEMS流量傳感器領域最早實現(xiàn)“芯片設計-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流量芯片技術應用于半導體制造，其創(chuàng)新成果可為國產(chǎn)半導體裝備自主可控提供關鍵技術保障。

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