硅微微压传感器设计研究

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1、江苏大学硕士学位论文摘要硅微微压传感器是硅微压力传感器发展的一个重要分支，在空间探索、半导体加工等许多领域有着广泛的应用。目前国内市场上硅微压力传感器的量程都在lkPa以上，更低量程的产品要依靠国外进口，因此进行更低量程的硅微微压传感器的研究，实现相关技术攻关对于促进硅微压力传感器技术提高和相关产业发展有着实际意义。本文旨在进行实现测量范围为0一lOOPa压力测量的硅微微压传感器的设计，为下一步的投片工作打下基础。文章首先对压阻式、电容式和谐振式三类典型的硅微压力传感器各自的工作原理进行分析，对各自工作性能进行比较，对各自微压化进展进

2、行回顾，在分析、比较和回顾的基础上确定了实现微压测量的信号转换方式一电容式。电容式具有灵敏度高、稳定性好、加工复杂程度适中等一系列优点，适用于硅微微压传感器的信号转换。其次，文章采用ANSYS软件对硅微压力传感器的核心部件进行有限元模拟，即对周边固支的各种结构类型的感压薄膜进行均布压力作用下的小挠度和大挠度静力学分析。对比各种结构类型的感压薄膜的挠度特性发现：圆形带岛波纹薄膜因其岛部位移的一致性提高了感测电容的灵敏度，因其良好的线性降低了后续检测电路的复杂程度，是电容式硅微微压传感器的较好选择。接着，本文围绕电容式硅微微压传感器研制的

3、四大难点对传感器进行了结构及其相应的工艺设计。文中提出了两种可行的结构方案，给出了相应的工艺流程，采用MEMS专用软件IntelliSuite的ANISE模块对结构方案二的方形带岛薄膜进行了各向异性腐蚀的模拟，证实了工艺设计的可行性。最后，本文给出了感压薄膜的集总参数模型，初步分析了静电力对感压薄膜动态特性的影响，采用ANSYS软件对感压薄膜进行了动力学模拟，包括模态分析、谐振分析和瞬态分析，这些给理解传感器的动冬特性提供了参考。关键词：电容式硅微微压传感器，感压溥膜，有限元，结构设计，工艺设计，集总参数模型，动念特性江苏大学硕士学位

4、论文ABSTRACTMicro-machinedlow-pressuresensorisnilimportantsubsetofmicro·-macMnedpressuresensor,whichplaysimportantrolesinmanyfields，suchasinterspacesexploration，semiconductormanufacturing，etc．Thelowermostmeasurementrangeofmicro·machinedpressuresensorinthedomesticmarketisO

5、～I000Paandlowermicro·machinedpressuresensormustbeimportedoverseas．Itissignificanttodevelopandresearchmicro·machinedpressuresensorwithmaximumoutputlowerthan1000PawhichwillcontributetOimprovethetechnologyofmicro—machinedpressureSensorandpromotethedevelopmentofrelatedindus

6、tries．Thekeypointofdevelopandresearchmicro—machinedlow-pressuresensoristOimproveitssensitivityandresolution．Inthefirst，theoperationprinciplesofthreetypicalmicro—machinedpressuresensorswhicharepiezo·resistive，capacitiveandresonantwereanalyzedandtheirworkingperformanceswe

7、recompared，theirlow—pressure-orientationswerereviewed．Basedonthoseanalyses，comparesandreviews，thecapacitiveWaSdeterminedtobethebestchoiceofmicro—machinedlow-pressuresensorbecausethecapacitivehavethefollowingadvantages：highsensitivity,goodstabilityandeasytofabricate．Seco

8、ndly,staticperformancesofseveralkindsofdiaphragmswhicharetheCOreelementofmicro—machinedpressureweresimulatedwi