高過載硅微結(jié)構(gòu)MEMS電容器研究.pdf

1、本論文針對引信系統(tǒng)對高性能儲能器件的迫切需求，重點開展了具有抗高過載、比容值高、體積小、發(fā)火電壓低的MEMS電容器制造與應(yīng)用的相關(guān)研究，為引信發(fā)火電容的設(shè)計與應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)與技術(shù)支持。
　　本論文利用ANSYS軟件仿真分析了電容器的力學(xué)性能，仿真結(jié)果肯定了高深寬比深槽結(jié)構(gòu)的可靠性；通過TCAD仿真對刻蝕工藝進行了仿真，確定了干法刻蝕的可行性；通過光刻、顯影、去膠、深層反應(yīng)離子刻蝕（DRIE）技術(shù)等一系列MEMS工藝完成了高深寬

2、比深槽結(jié)構(gòu)的制備，并對深槽的垂直度和粗糙度進行了分析，將刻蝕/鈍化周期從原來的5/3s調(diào)整為5/4s，深槽的垂直度有了明顯改善，采用干法氧化—腐蝕—干法氧化—腐蝕多次循環(huán)方法將深槽側(cè)壁表面粗糙度降低了67.7％；采用原子層沉積技術(shù)完成了MEMS MIM電容器的功能薄膜層的淀積，上下電極均為TiN10nm+W100nm，介質(zhì)層為Al2O355nm（或35nm)，并對MEMS MIM電容器進行了電學(xué)特性測試，測試表明當(dāng)Al2O3介質(zhì)厚度為5

3、5nm時，電容器擊穿電壓達(dá)到32.5V，當(dāng)Al2O3介質(zhì)厚度為35nm時，電容器擊穿電壓平均為26V，顯示出MEMS MIM電容器具有很好的耐高電壓特性，兩種情況下漏電流在微安以下，單層MEMS MIM電容器的平均容值4.88×10-6F；采用原子層沉積技術(shù)完成了MEMS MOS電容器的功能薄膜層的淀積，上電極為TiN10nm+W350nm，介質(zhì)層為Al2O310nm，下電極為P++(100)高摻雜Si，并對電容器的C-V特性進行了測試

4、，不同樣片MOS電容器的積累區(qū)電容量為30μF～65μF，反型區(qū)電容量為25μF～50μF，對電容器的漏電流進行了測試，MOS電容器的漏電流達(dá)8μA；設(shè)計了電容引信發(fā)火電路圖，并完成了厚膜發(fā)火電路和PCB板發(fā)火電路原理樣機，采用自由式霍普金森桿和空氣炮測試方式對發(fā)火機構(gòu)抗沖擊可靠性進行測試，結(jié)果表明，項目所設(shè)計的發(fā)火電路原理樣機在5.6萬g的沖擊下保持完好；采用高低溫沖擊試驗箱和溫控儀對發(fā)火電路樣機進行高低溫測試，電路板均無失效情況出現(xiàn)