多晶硅納米薄膜壓阻特性及其壓力傳感器應(yīng)用研究.pdf

1、多晶硅薄膜良好的壓阻特性使其在壓阻式傳感器中得到了廣泛應(yīng)用。已有研究結(jié)果表明，多晶硅納米薄膜與普通多晶硅薄膜相比具有更加優(yōu)越的壓阻特性，因此有著廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文對多晶硅納米薄膜的壓阻特性進(jìn)行研究，主要包括工藝條件對壓阻特性的影響和多晶硅納米薄膜楊氏模量的研究。在對壓阻特性進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行多晶硅納米薄膜的壓力傳感器應(yīng)用研究。
　　在工藝條件對壓阻特性的影響研究中，利用LPCVD方法在不同工藝條件下制備了多晶硅納

2、米薄膜，研究了工藝條件對多晶硅納米薄膜電阻、應(yīng)變系數(shù)及其溫度系數(shù)的影響，選取了優(yōu)化工藝條件。此時(shí)，多晶硅納米薄膜的應(yīng)變系數(shù)達(dá)到34，比相同摻雜濃度的普通多晶硅薄膜高25％以上；應(yīng)變系數(shù)的溫度系數(shù)在1×10-3/℃附近，比普通多晶硅薄膜小近一倍；電阻的溫度系數(shù)小于1×10-4/℃，比普通多晶硅薄膜小近一個(gè)數(shù)量級。優(yōu)化工藝條件的選取，為多晶硅納米薄膜的壓力傳感器應(yīng)用研究提供了必要的設(shè)計(jì)依據(jù)。此外，還研究了摻雜濃度與壓阻非線性的關(guān)系。對多晶硅

3、納米薄膜的壓阻非線性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)多晶硅納米薄膜的壓阻非線性主要來源于晶界。對于多晶硅納米薄膜，晶粒度很小，隨著摻雜濃度的變化，晶界寬度發(fā)生變化，同時(shí)晶界壓阻效應(yīng)在多晶硅壓阻效應(yīng)中占據(jù)的比重也發(fā)生變化，因此晶界對多晶硅壓阻非線性的影響隨著摻雜濃度的變化而變化。摻雜濃度與壓阻非線性關(guān)系的研究同樣為研制多晶硅納米膜壓力傳感器提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。
　　在壓阻特性的研究中，對多晶硅納米薄膜的楊氏模量進(jìn)行了研究。在隧道壓阻理論中，多晶硅納米薄

4、膜的楊氏模量是采用單晶硅的楊氏模量與一修正系數(shù)相乘而來，而對該修正系數(shù)的取值并沒有給出合理的解釋。在傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了使有限元仿真結(jié)果與實(shí)際情況更加接近，需要多晶硅納米薄膜的楊氏模量作為仿真參數(shù)。本文利用掃描電鏡和透射電鏡對多晶硅納米薄膜的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，根據(jù)多晶硅納米薄膜的生長、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立了晶粒模型。以該模型為基礎(chǔ)，提出了用于計(jì)算多晶材料納米薄膜楊氏模量的方法，并計(jì)算了多晶硅納米薄膜的楊氏模量。利用原位納米力學(xué)測試系統(tǒng)對多

5、晶硅納米薄膜的楊氏模量進(jìn)行了測試。理論計(jì)算結(jié)果與測試結(jié)果進(jìn)行比較，二者吻合。多晶硅納米薄膜楊氏模量的研究完善了隧道壓阻理論，同時(shí)為后續(xù)壓力傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
　　在對多晶硅納米薄膜壓阻特性進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了多晶硅納米薄膜的壓力傳感器應(yīng)用研究。對多晶硅納米膜壓力傳感器進(jìn)行有限元仿真，根據(jù)仿真結(jié)果對傳感器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用多晶硅納米薄膜作為傳感器壓敏電阻的制作材料，制定完整工藝流程，解決了傳感器研制過程中的關(guān)鍵