山东大学团队突破MEMS流量传感器跨气体应用瓶颈

近日，山东大学信息科学与工程学院陶继方教授团队在MEMS热式流量传感器研究领域取得关键突破，其提出的“理论推导-实验修正”气体系数测定新方法，成功破解了该类传感器在半导体制造等多气体场景规模化应用的精度难题。相关成果以“Hybrid Modeling and Experimental Validation for Gas Factor Determination in a MEMS Thermal Flow Meter”为题，发表于工业电子领域顶级期刊IEEE Transactions on Industrial Electronics（中科院一区TOP），这也是山东大学信息科学与工程学院首次在该期刊发表研究成果。

作为微型化、低成本的核心传感器件，MEMS热式流量传感器凭借灵敏度高、响应速度快的优势，已在生物医疗、环境监测等领域实现广泛应用并创造显著经济价值。但在半导体制造这一电子特气密集使用的关键场景中，该类传感器的规模化部署却长期受阻。行业普遍采用的“单一气体标定+气体系数切换”模式，因缺乏精准的气体系数研究支撑，难以适配多元特气的精准测控需求，成为制约产业升级的技术痛点。

针对这一行业瓶颈，陶继方教授团队开展靶向攻关，不仅成功研发出一款搭载多孔硅隔热支撑结构的高可靠MEMS热式流量传感器，更创新性提出气体系数“理论-实验”两步计算法。团队通过构建二维传热模型，精准推导出传感器输出信号与气体热物性参数的关联式，再结合实验数据对特征指数进行修正，最终形成通用气体系数计算式。实测验证显示，该方法仅需调用气体热物性参数即可快速求解，不同工况下特气转换误差可稳定控制在0.5~6.4%FS以内。

相较于传统依赖大量实气测试的标定方法，新方法大幅降低了测试成本与安全风险，同时显著提升生产效率，为MEMS流量传感器在半导体等高端制造领域的规模化应用提供了核心技术支撑。“这一突破实现了从‘单一适配’到‘多元兼容’的跨越，兼具重要的工程应用价值与学术参考意义。”团队负责人介绍。

此次团队提出的气体系数测定新方法，不仅攻克了MEMS热式流量传感器跨气体应用的精度瓶颈，更打破了传统方法对大量实气测试的依赖，在提升生产效率与安全性的同时，为该类传感器在半导体等高端制造领域的规模化应用铺平了道路。这一成果既是MEMS传感领域的重要学术突破，也为国产高端传感器技术升级、助力相关产业自主可控提供了关键技术支撑，具有广阔的转化应用前景。