基于微热板的加热控温集成电路设计

李文武，陈佳楠

(1.浙江长征职业技术学院，浙江 杭州 311113;2.大连理工大学，辽宁 大连 116024 )

0 引言

半导体气体传感器是基于在气体存在下传感元件的电阻变化。气体传感器响应取决于环境，但也取决于活性物质及其结构特性[1]。影响灵敏度的主要因素是温度和湿度。由于这类传感器缺乏选择性，通常使用一系列气体传感器来确定某种气体或其浓度的存在。就半导体气体传感器而言，通常情况下高灵敏度工作温度范围在200～400 ℃之间，但是控制如此高的温度需要较大的功耗，并且在集成电路中让芯片内部存在如此高的温度区是一件较困难的事[2]。为了解决这个问题，通过在膜上放置加热器的方法使加热区域与片上电路热绝缘。因为相同的传感材料可以在不同温度下感测多种气体[3]，所以温度的监测和控制对于高温气体传感器非常重要。此外气体传感器的功耗取决于传感材料的性质和厚度，当材料沉积之后功耗会略微增加，此时单一依靠传感器的功耗来判定温度的方法是不准确的[4]，而微热板是用于给传感器加热，为了提高气体传感器的精度和性能，需要控制一个稳定的温度，因此片内需要通过加热控温集成电路来实现对微热板的实时控温。

1 微热板热学模型

微热板具有加热快、易集成和CMOS兼容的优点，本文所采用的微热板是基于CMOS工艺，在2层金属间用通孔的钨作为加热电阻和测温电阻[5]。因为钨不仅熔点大，而且抗电迁徙，另外钨有较大的温度系数，这些优点让钨非常适合微热板的设计[6]。……