基于MEMS技術(shù)的壓力傳感器研究.pdf

1、微型壓力傳感器是在微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域最早開始研究并且產(chǎn)業(yè)化的微機(jī)電器件之一。本文基于壓阻效應(yīng)、惠斯頓電橋等相關(guān)知識設(shè)計(jì)了一種壓阻式微型壓力傳感器,并在研究相關(guān)微加工工藝的基礎(chǔ)上制作這種傳感器的工藝流程,最終成功制作了傳感器芯片,并利用測試系統(tǒng)檢測出了隨壓力變化而發(fā)生變化的微電壓信號。論文的主要內(nèi)容如下： (1)利用壓阻效應(yīng)、大(小)撓度理論、膜的應(yīng)力形變等力學(xué)、電學(xué)知識設(shè)計(jì)壓阻式微壓力傳感器。用彈性力學(xué)和板殼力學(xué)理論分析了半導(dǎo)體硅壓

2、阻式壓力傳感器方形膜片的受力分布,為力敏電阻在應(yīng)變膜上的布置提供依據(jù)。分析了影響壓力傳感器性能的各種因數(shù),提出了一種應(yīng)力集中硅梁加E型硅杯結(jié)構(gòu)傳感器設(shè)計(jì)方案,利用有限元分析方法和借助ANSYS仿真軟件,對傳感器應(yīng)變膜進(jìn)行了一系列的分析,得出此種傳感器理論上具有較大的靈敏度,測壓范圍能根據(jù)要求而變化。這些研究成果對設(shè)計(jì)壓阻壓力芯片具有重要指導(dǎo)意義。 (2)微機(jī)電系統(tǒng)以微加工工藝為重點(diǎn)研究內(nèi)容,微型壓力傳感器制作工藝研究是本課題的重

3、點(diǎn)之一,本文對傳感器制作過程的關(guān)鍵工藝進(jìn)行了研究,重點(diǎn)對硼的熱擴(kuò)散、KOH及TMAH濕法腐蝕、硅與玻璃靜電鍵合及PECVD沉積Si3N4和SiO2薄膜等工藝進(jìn)行一些初步的相關(guān)研究,確定了微型壓力傳感器的制備工藝參數(shù),并對結(jié)果進(jìn)行了分析和討論。這些工藝基礎(chǔ)是為下面具體制作微壓阻式傳感器作準(zhǔn)備的。 (3)在理論分析的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了傳感器芯片光刻版圖。并根據(jù)實(shí)際工藝條件和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),提出了一套完整的制造工藝方案,詳細(xì)介紹了每個(gè)工藝參數(shù)的