【摘 要】
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硅基光波导压力传感器是将输入压力信号转换成输出光学信号的MEMS器件,这种传感器具有灵敏度高、耐高温、抗电磁干扰能力强、防腐蚀、自身无需电源等优点,适合于在特殊环境中
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硅基光波导压力传感器是将输入压力信号转换成输出光学信号的MEMS器件,这种传感器具有灵敏度高、耐高温、抗电磁干扰能力强、防腐蚀、自身无需电源等优点,适合于在特殊环境中应用.该文完成了硅基抗共振反射光波导(ARROW)马赫-泽德尔干涉仪(MZI)型压力传感器的结构优化设计和版图绘制,并对硅基光波导压力传感器的关键工艺技术进行了探索.硅基ARROW压力传感器的结构优化设计包括如下三个部分:单模脊形ARROW各层结构和波脊参数的设计、低损耗Y结分支器以及弹性膜几何尺寸的优化.利用ANSYS软件,对硅弹性膜的静态结构性能进行有限元方法分析,并模拟了光弹性效应导致弹性膜上传感臂中光波相位的变化与外界压力、传感臂在弹性膜上不同的位置以及弹性膜的几何尺寸之间的关系.基于上述模拟分析结果,该文确定传感臂位于敏感弹性膜上的最佳位置为弹性膜长边边缘;最终优化设计在最大压力为0.6MPa时,符合半波压条件的弹性膜几何尺寸,即长2800μm,宽1800μm,厚60μm.利用L-EDIT软件完成了脊形Y结分支波导、硅杯压力腔体以及定位光纤V型槽的三块掩膜版图的绘制.在传感器加工工艺研究中,设计并摸索了硅基ARROW各层膜的生长工艺,采用氧化、低压化学汽相淀积(LPCVD)和等离子增强化学汽相淀积(PECVD)的IC工艺,分别完成了第2包层、第1包层和导芯层的制备.为了提高导模的三维约束光的能力,用氢氟酸的缓冲液在硅基ARROW上导芯层刻蚀约2μm厚的SiO<,2>形成波脊,通过腐蚀实验得到在32℃下,PECVD生长的SiD<,2>薄膜的腐蚀速度,最后用30％~35％KOH溶液采用各向异性腐蚀法完成了定位光纤V型槽和弹性膜的刻蚀.该文在利用ANSYS模拟分析硅基光波导压力传感器的光弹性效应方面已取得一定的成果,并且对单模脊形ARROW的各层制作以及压力传感器的光刻腐蚀工艺积累了一些有用的经验.
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