基于SOI的硅微谐振式压力传感器芯片制作.pdf

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1、第25卷第2期传感技术学报Vo1．25NO．22012年2月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUA1’ORSFeb．2012FabricationofaNovelResonantPressureSensorBasedonSoIWaferMAZhibo，JIANGChengyu，RENSen，YUANWeizhengfMicroandNanoElectromechanicalSystemsLaboratory．NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’Ⅱn710072，Chin

2、a)Abstract：AnovelresonantpressuresensorforpressuredetectionisdesignedandfabricatedbasedOUthesilicon—on—insulator(SOI)wafer．TheresonatorsuspendedbyfourbeamsatfourpointsOfthediaphragmisencapsulatedbetweentwoglasslids．Topreventtheundesiredetchingofresonatorduringthewetetch

3、ing，atriple—layerprotectiveprocessusingsiliconnitrideandsiliconoxideisadopted．Experimentsshowthatafterseveralhourswetetchingintetramethylammoniumhydroxide(TMAH)solution，theresonatorissuccessfullyreleased．Thisprotectiontechnologyprovedtobehighlyeffectiveforthereleaseofam

4、ovablemicrostructurebywetsiliconetchants．Initialperformancetestresultsofthedeviceyieldanaturalfrequencyof9．932kHzunderthestandardatmosphericpressureandtheQfactorof34．Keywords：resonantpressuresensor；triple—layerprotectivefilms；diaphragm；MEMS；SOIEEACC：7230；7230Mdoi：10．396

5、9／j．issn．1004-1699．2012．02．007基于SOI的硅微谐振式压力传感器芯片制作木马志波，姜澄宇，任森，苑伟政(两北工业大学陕西省微／纳米系统重点实验室，两安710072)摘要：采川SOl硅片，基于MEMS技术，设计并加T了一种新型二三明治结构的硅微谐振式压力传感器，根据传感器敏感单元的结构设计，制定了相应的制备1一艺步骤，并且针对湿法深刻蚀过程中谐振子的刻蚀保护等问题，提出了一种基于氮化硅、氧化硅和氮化硅层薄膜的保护T艺，实验表明，往采用三层薄膜保护T艺下进行湿法刻蚀10h后，谐振子被完全释放，=二_层薄膜保护T

6、艺对要求采用湿法刻蚀镂空释放可动结构具有较高的实用价值。最后对加T完成的谐振式压力传感器进行了初步的性能测试，结果表明，在标准大气压力下谐振子的固有频率为9．932kHz，品质因数为34。关键词：谐振式压力传感器；三层薄膜保护工艺；敏感膜片；MEMS；SOI中图分类号：TS212—1文献标识码：A文章编号：1004—1699(2012)02—0180—04基于MEMS技术的硅谐振式压力传感器具有术的各向异性腐蚀l4]，制作了扭转振动的谐振式传感体积小、重量轻、功耗低、动态响应快以及抗干扰能器，并且利用静电激振、拾振的方式，制作了高精密

7、的力强，稳定性高等诸多优点，更重要的是，其直接输气压计。但是其应用局限在传统的领域，并且其容易m频率量，测量精确度更高，测试电路简单，比硅基被周同的环境如流体等原因造成能量损失，谐振困压阻式和电容式传感器有更为优良的性能指标，同难l5]，而且浓硼扩散引入很高的内应力；1988年，时便于与IC集成化，获得高精度的智能化测控系日本IKEDA等人提了利用外延生长和牺牲层技术统．对于人造卫星、飞机的导航和飞行控制系统以及制作内置于真空腔中的谐振梁技术]，然而由于牺牲飞行器本身的微型化有着举足轻重的推动作用_lJ，层厚度的限制，谐振子的谐振范围

8、受到一定的限制；因此谐振式压力传感器在航空航天技术特别是机载90年代以后，英国Angelidis等人l8l利用硅一硅直接键大气数据系统、飞行参数记录仪等航空设备的应用合技术，研制成一种光纤访问式谐振式压力传感器。有着广阔