低量程电容式压力传感器及相关技术研究

来源 :中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:shan850312
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基于MEMS(微电子机械系统)加工技术制作的传感器成本低廉、集成度高、可靠性好。相对目前已经商业化的压阻式传感器而言,电容式传感器具有高的灵敏度和低的温度效应。本文中的低量程压力传感器采用电容结构,利用外加压力作用下电容间距变化引起的电容改变来检测压力大小。本论文则围绕这种微差压传感器的理论基础,制作方法以及测试进行深入研究。 可动薄膜是电容式传感器的核心部分,因此对薄膜结构的分析是非常重要的。结合有限元分析软件,对几种不同结构薄膜的工作特性进行理论分析,综合考虑灵敏度、工作线性度和工艺实现等因素,采用厚度4μm,尺寸为4mm*4mm的带岛方膜作为器件的可动薄膜。 薄膜的质量直接影响到器件能否正常工作,得到平整的厚度4μm左右的薄膜至关重要。利用浓硼扩散、KOH在重掺杂区域的自停止腐蚀特点和低压化学气相淀积,制作得到厚度2-5μm左右,尺寸为4mm*4mm的Si(P++)/Si3N4平整超薄复合膜。为制作低量程压力传感器提供了重要的工艺参数。 结合复合膜的制作技术,利用硅/玻璃键合技术制作完成单电容微差压压力传感器芯片,封装后进行器件的性能检测。在0-200Pa的差压范围内,灵敏度较高,在4fF/Pa左右,且重复性较好。并对影响器件性能的因素做了分析,提出相应的解决方法。 提出了一种新型的力平衡微差压传感器,应用伺服结构扩大传感器的动态量程。并在单电容制作的基础上,确定了工艺流程,进行了实验尝试,为今后的研究作了铺垫。在以后的工作中,应对这种新型差压传感器进行进一步研究,并改进封装方法和测试方法,研制外围的检测电路,并力求将检测电路和器件结合起来形成压力检测微小系统。
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