论文部分内容阅读
压力传感器是一种用来测量外界气压、压力的传感器,可以将外界的压力值转化为电信号输出,这种传感器目前在生物医学、航天控制领域以及工业检测方面都有很多的应用。压力传感器可以分为压阻式和电容式两大类,压阻式压力传感器利用电阻将外界压力值转化为电信号,电容式压力传感器利用电容转化,各有利弊,由于压阻式压力传感器的工艺简单方便,目前得到广泛的应用。传统的压阻式压力传感器采用自上而下的制作方法,先对单晶硅顶部进行离子注入,形成压阻条,然后从硅衬底底部利用各向异性腐蚀开腔形成可上下移动的薄膜,最后将硅衬底与玻璃基底键合密封空腔。本文采用深反应离子刻蚀(DRIE,Deep Reactive Ion Etching)的方法形成内部中空的空腔,缩小了压力传感器的尺寸,避免了传感器横向体积浪费的缺点,并且可以精确的控制薄膜的厚度以及尺寸,使得压力传感器的薄膜平整度高于湿法腐蚀的平整度,使得制作传感器的周期缩短。本文对制作出的压阻式压力传感器进行测试,实验测得压力传感器的灵敏度为0.031 mv/Ka.v,非线性度为0.17%,缩小了压力传感器的尺寸,达到传感器预期的目标。本论文的工作主要分为四个部分:1.对于本文提出压阻式压力传感器结构进行理论建模,给出传感器在施加外界压力负载的情况下,压力与薄膜挠度变化以及薄膜应力分布之间的关系,对传感器的性能参数进行优化。2.用ANSYS有限元仿真软件对压阻式压力传感器结构进行建模仿真,给出压力传感器四周固定的边界条件,仿真在施加外界压力负载下,传感器薄膜的应力分布以及挠度变化;仿真压力传感器在施加压力负载时,压阻条输出电压信号的变化。3.基于中科院纳米加工平台的仪器以及设备的工艺参数,设计压力传感器的工艺设计方案,并且制作加工出压力传感器。4.对压力传感器进行封装测试。通过对传感器测试,可以得出压力传感器在量程内灵敏度为0.031 mv/Kpa.v,非线性度为0.17%,达到了传统压阻式压力传感器的数据指标。