基于mems技术soi微压传感器研究

《基于mems技术soi微压传感器研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号UDC密级公开硕士研究生学位论文基于MEMS技术SOI微压传感器研究申请人:李丹丹学号:2151263培养单位:电子工程学院学科专业:微电子学与固体电子学研究方向:传感器MEMS指导教师:赵晓锋教授完成日期:2018年5月19日中文摘要中文摘要本课题采用MEMS技术在SOI片（器件层为n型<100>晶向单晶硅）上设计、制作梁-膜结构的微压传感器，该结构包括弹性元件和敏感元件。弹性元件由方形硅膜结构和四个短梁结构组成，敏感元件由四个蛇形压敏电阻（R1、R2、R3和R4）组成，且分别制作在四个短梁的根部构成惠斯通电桥结构，基于压阻效应可实现外加压力的测量。与一般的C型、

2、E型等硅膜结构相比，该梁-膜结构在受到微压时可产生应力分布集中，通过平面应力集中效应，提高了压力传感器的灵敏度，可实现微压（0kPa-10kPa）的测量。本课题结合压力传感器的结构和工作原理，采用ANSYS有限元软件构建传感器结构的仿真模型，研究硅膜结构对传感器压敏特性的影响，给出优化的几何结构模型。仿真结果给出，梁-膜结构由于应力集中分布效应具有更好的压敏特性，并进一步仿真分析了梁-膜结构参数对压敏特性的影响，给出优化的几何结构参数。本文采用L-Edit软件实现梁-膜结构微压传感器芯片版图设计，并基于MEMS技术在SOI片上实现梁-膜结构微压传感器芯片的制作和封装，通过

3、采用全自动压力变送器测试系统、高低温实验箱和压力测试盘等搭建的测试系统，对传感器进行静态特性测试。实验结果给出：在室温20℃、工作电压V=5.0V和压力范围DD0kPa-10kPa下，梁-膜结构的微压传感器灵敏度为0.473mV/kPa、线性度为0.105%F.S.、重复性为0.316%F.S.、迟滞为0.211%F.S.和准确度为0.394%；当温度范围为-40℃到85℃变化时，灵敏度温度漂移为-25ppm/℃。关键词：梁-膜结构；应力集中；MEMS技术；SOI；微压传感器-I-黑龙江大学硕士学位论文AbstractInthispaper,thestructureofb

4、eam-membrane’smicropressuresensorsweredesignedandfabricatedonSOIsubstrates(n-typeSi<100>crystalorientationasdevicelayer)byMEMStechnology.Themicropressuresensorwasconstructedbyelasticelementandsensitiveelement.Theelasticelementwasconsistedofasquaresiliconmembraneandfourshortbeams,andtheWhe

5、atstonebridgewasconstitutedbyfourserpentinepiezoresistorsattherootoffourshortbeams,respectively.Basedonthepiezoresistiveeffect,theexternalpressurecanbemeasured.ComparedwithC-typemembrane,E-typemembraneandothersiliconmembranestructures,thestructureofbeam-membranecanproducethestressdistribu

6、tionconcentrationeffectwhenitissubjectedtomicropressure.Throughtheplanestressconcentrationeffect,thesensitivityofthepressuresensorwasgreatlyimproved,andthemeasurementofthemicropressure(0kPa-10kPa)canberealized.Basedonthestructureandworkingprincipleofsensor,theANSYSfiniteelementsoftwarewas

7、usedtoconstructthesimulationmodelofsensors.Theinfluenceofsiliconmembranestructureonpressuresensitivecharacteristicsofsensorswerestudied,andthemodelofoptimizedgeometricstructurewasgiven.Thesimulationresultsshowedthatthebeam-membranestructurehadbetterpressuresensitive