硅微諧振式壓力傳感器芯體設(shè)計與制作工藝研究.pdf

1、基于MEMS技術(shù)的硅微諧振式壓力傳感器是目前精度最高的硅微壓力傳感器，它通過檢測物體的固有頻率間接測量壓力，為準(zhǔn)數(shù)字信號輸出。其精度主要受結(jié)構(gòu)機(jī)械特性的影響，因此其抗干擾能力很強(qiáng)，性能穩(wěn)定。除此之外，硅微諧振式壓力傳感器還具有響應(yīng)快、頻帶寬、結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低、體積小、重量輕、可批量生產(chǎn)等眾多優(yōu)點，一直是各國研究和開發(fā)的重點。 本文在系統(tǒng)研究了國內(nèi)外各種硅微諧振式壓力傳感器的基礎(chǔ)上，選擇靜電激勵/電容拾振的硅微諧振式壓力傳感器進(jìn)行

2、了芯體方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對其芯體性能參數(shù)進(jìn)行了理論分析和仿真計算，得到了其激勵電壓與檢測電容大小、壓力一頻率關(guān)系曲線以及溫度一頻率關(guān)系曲線，完成了強(qiáng)度校驗、干擾因素及整體仿真分析。 提出了全新的硅島布置方案和諧振子結(jié)構(gòu)，在保證可加工性的同時，避免了壓力敏感膜片變形過程中硅島根部的應(yīng)力集中，減少了對諧振子的形狀尺寸限制，增大了諧振子的有效面積，降低了后期信號檢測的難度。 在此基礎(chǔ)上，對芯體的相關(guān)制作工藝進(jìn)行了試驗研究，其主

3、要研究內(nèi)容包括：進(jìn)行了反應(yīng)離子刻蝕(RIE)實驗，確定了氮化硅和單晶硅的刻蝕參數(shù)；研究了不同條件下的KOH刻蝕效果，得到了諧振子的最佳鏤空刻蝕條件；進(jìn)行了濃硼自停止刻蝕試驗，結(jié)果顯示其擴(kuò)散層的有效厚度及刻蝕選擇比均滿足諧振子的自停止刻蝕要求；研究了玻璃通孔制作工藝并完成了所需通孔陣列制作；分析了陽極鍵合技術(shù)中可能存在的問題并給出了改進(jìn)措施；為避免深臺階涂膠光刻，采用近似SCREAM工藝來鏤空諧振子并形成硅島，并進(jìn)行了硅島補(bǔ)償圖形的選擇實