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随着全球物联网热潮的兴起,当前,从政府到整个行业都对物联网及传感器的发展给予高度重视。传感器是物联网的基础构成元件,尤其是采用MEMS等技术的新型传感器,与物联网有着更加紧密的联系,在物联网热潮的影响下,传感器的应用将进入发展新阶段。目前MEMS传感器正朝着高精度、集成化、微功耗及无源化的方向发展。功耗问题是制约物联网发展的重要因素,降低传感器的功耗对物联网的发展具有重要意义。 本文主要针对低功耗的压阻式MEMS压力传感器进行研究。压阻式MEMS压力传感器具有广泛的应用,例如用于胎压监测和颅内压监测。压阻式MEMS压力传感器的功耗一般为几毫瓦,由于纳米发电机等微纳能量收集器的平均功率一般为微瓦级,因此对于无源传感系统来说,传感器的功耗依然过大。通过增加传感器的内阻,可以使传感器的功耗由毫瓦级降低到微瓦级,从而可以和纳米发电机进行匹配。传感器的内阻主要由方块电阻和电阻条的长宽比及折数决定。因此,增大传感器的内阻可以从这三个方面进行设计。同时,对于传感器来说,灵敏度和噪声是非常重要的参数,增加传感器内阻的同时,应该对可能对传感器的灵敏度和噪声造成的影响进行综合的考虑。 通过调整传感器工艺加工过程中离子注入的工艺参数,可以增加方块电阻。在工艺加工之前,运用半导体工艺仿真软件silvaco对传感器的方块电阻进行仿真,得到所需的离子注入的工艺参数。根据仿真结果,最终确定离子注入剂量为3e13cm-2,能量为80KeV。 通过减小电阻条的宽度和增加电阻条的长度和折数可以增大阻值。为了估计其对灵敏度的影响,运用ansys软件对传感器进行了静力学仿真。为了不影响传感器的灵敏度,电阻条覆盖的区域应该限制在对灵敏度有贡献的区域,即应力差大于零的区域。根据仿真结果,同时考虑到实际工艺加工的最小线宽为2微米,最终确定电阻条的长度为200微米,宽度为3微米,折数为11。 确定了工艺流程和结构参数后,完成了流片。经过片上测试,传感器的内阻为800KΩ,供电电压为3V,所以功耗为11.3μW。传感器的灵敏度为176.98mV/MPa。