随着MEMS技术的发展,越来越多的MEMS器件需要真空环境以提高器件性能和保证器件能够更长时间的正常工作。MEMS皮拉尼真空计是利用微加工技术微型化的皮拉尼真空计,不仅体积小、重量轻、可批量化制备,而且具有测量范围宽和灵敏度高等优异性能。因此,MEMS皮拉尼真空计在监测微腔体内真空度中的地位日益显著。本研究小组研制的MEMS皮拉尼真空计是一种由低阻单晶硅材料制成的、具有高深宽比、双热沉结构的横向皮拉尼真空计。本论文对这种MEMS皮拉尼真空计的热学、电学特性及其真空度传感特性进行了较为全面的测量和分析研究。　　 本论文对比研究了两线和四线测量方法提取器件加热电阻条电阻。结果显示本研究小组所采用的低阻单晶硅电阻条具有良好的电阻特性。同时发现皮拉尼真空计结构中低阻单晶硅压点与金属的接触电阻较大,而且接触电阻随温度的变化无规律且不可控,显著影响电阻条温度的确定,因此本文确立四线测试法来消除接触电阻带来的影响。　　 本论文详细测量与分析了低阻单晶硅电阻条的电阻温度特性。不仅对单一器件进行了多次测量,而且对同一圆片的多个器件以及多个圆片上的器件进行了测量,并尝试性地分析了测试结果差异的产生原因。另外,对测量曲线进行了非线性拟合,误差统计分析其决定系数达99％以上,说明拟合结果是正确的。在室温至200度区间,低阻单晶硅电阻条电阻随温度上升而逐渐增大。非线性拟合显示二者呈指数关系。在120度以下,非线性显著;120度以上,二者可近似视为线性关系。在对多个器件的多次测试中发现,同一器件的多次电阻温度测量曲线重复性较好。同一圆片的不同器件间室温电阻相差不大,电阻温度特性曲线基本一致。不同圆片间器件室温电阻相差较大,电阻温度特性曲线偏离较显著。　　 本论文对器件的温度响应时间以及阈值电流做了比较详尽的实验研究。低于100Pa气压下,器件温度在2秒以内即可达到稳定。随着气压的升高,温度响应时间不断增加。同时,在一定气压下,随着所加恒定直流电流的增大,温度响应时间上升。另外,随着气压的升高,阈值电流不断增大,从0.2mA到1mA不等。　　 本论文对器件的真空度传感特性进行了仔细的测量和分析。结果显示随着气压的升高器件的热阻不断降低,其测量范围可达到0.15Pa～10000Pa,平均灵敏度为150K/W/Pa。在1.6Pa～1000Pa之间,热阻随气压变化显著,灵敏度为106K/W/Pa;低于1.6Pa和高于1000Pa,热阻随气压变化明显减小,灵敏度分别为358K/W/Pa和0.009K/W/Pa。对单一器件进行了多次测量,曲线基本重合,重复性非常好。同时,进行了气压由高到低和由低到高不同顺序的测量,二者曲线吻合很好。对不同器件的真空度标定曲线测试结果显示,在气压高于40Pa各曲线吻合较好,气压低于40Pa的各曲线间的差别随气压降低而不断增大。分别在1Pa、10Pa和400Pa下对器件热阻进行了10次以上重复测量,结果显示其不确定度为0.2％、0.8％和7％,说明器件精度分别为0.002Pa、0.0SPa和2SPa。　　 本论文对本研究小组研制的植入该MEMS皮拉尼真空计的圆片级真空封装结构进行长达464天的观测。观察结果显示,各封装结构中气压基本上只在很小的范围内波动,显示漏率至少在10-13 stdcc/s量级,说明圆片级真空封装的密封效果较好。　　 本论文系统完整地对皮拉尼真空计性能及其测量方法做了详尽的描述,用较充足的实验数据对测试过程中产生的问题进行了分析说明,并对测试方法进行了优化,为MEMS皮拉尼真空计在今后的研究和应用中打下了坚实的技术基础。