基于mems技术磁场压力加速度传感器集成化研究

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1、，？．＂Ｈ響—．文舞户／拿硕±研究生学位论文基于ＭＥＭＳ技术磯场／压力／加速度传感器集成化硏究申请人：慕艾霖学号：２１３１２５３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指导教巧：赵焼锋教授曰期：：２０】６４月２７曰％夸夏村，完成年／－、Ｖ．．．：飾Ｖ，識Ｊｋ独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研巧工作及取得的研巧成果。据我所知，，除了文中特别加标注和致谢的地方外论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，机不包含为获得黑龙江大学

2、或其他教育机构一的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的巧何贡献均已在论文中作了明确的说萌并表示谢意。：签字曰期月曰学位论文作者签名：年＾学位论女版权使用授权书本学位论文作者完全了解黑龙江大学有关保留、使用学位论义的规定，有权佛留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和擺盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权黑龙江大学可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可臥采用影印、缩巧或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：：导师签名签字曰期；２＾／店年／

3、月／曰签字曰期：如年＾月曰｝中文摘要本文基于MEMS技术给出一种磁场/压力/加速度单片集成传感器，该结构由磁场传感器、压力传感器和三轴加速度传感器构成。基于霍尔效应，由两个霍尔输出端的霍尔磁场传感器实现对外加磁场的测量；基于压阻效应，压力传感器由C型硅杯和方形硅膜构成，方形硅膜表面上的四个压敏电阻构成惠斯通电桥结构，可实现对外加压力的测量；加速度传感器由两个质量块、四个L型梁和中间双梁构成，在梁的根部分布着十二个压敏电阻，分别构成三组惠斯通电桥结构，通过检测三组惠斯通电桥的输出电压分别实现对三轴加速度的测量。在此基础上，采用ATLAS和ANSYS软件分别构建单片集成传

4、感器中磁场传感器、压力传感器和加速度传感器结构仿真模型并进行仿真分析，通过结构参数优化，采用L-Edit集成电路版图设计软件设计单片集成传感器芯片版图。基于MEMS技术在n型<100>晶向高阻单晶硅片上完成集成传感器芯片制作，并通过静电键合工艺和内引线压焊技术实现芯片封装。在室温条件下，本文通过采用磁场发生器、压力校准系统和加速度传感器校准系统构建的单片集成传感器测试系统进行传感器特性研究，实验结果给出，当电源电压为5.0V时，单片集成传感器中两个磁场传感器（MS1和MS2）的灵敏度分别为172.6mV/T、171.1mV/T，压力传感器的灵敏度为0.842mV/kPa，三

5、轴加速度传感器的灵敏度为0.60mV/g（x轴）、0.73mV/g（y轴）和2.60mV/g（z轴）。实验结果表明，单片集成传感器能够同时实现对磁场、压力和三轴加速度三个物理量（五个参量）的测量，不同物理量之间存在微弱的交叉干扰，为集成传感器的进一步研究奠定了重要基础。关键词：单片集成传感器；MEMS技术；磁场传感器；压力传感器；加速度传感器-I-AbstractThispaperpresentsamagneticfield/pressure/accelerationmonolithicintegratedsensorbasedonmicro-electromechanic

6、alsystems(MEMS)technology.Thisstructureconsistsofmagneticfieldsensor,pressuresensorandtriaxialaccelerationsensor.BasedonHalleffect,theappliedmagneticfieldcanbemeasuredbyHallmagneticfieldsensorwithtwoHalloutputports.Basedonpiezoresistiveeffect,thepressuresensorismadeupofC-typesiliconcupands

7、quaresiliconmembrane.TheappliedpressurecanbemeasuredbydetectingtheoutputvoltageofWheatstonebridgewhichisconstitutedbythefourpiezoresistorsonthemembrane.Accelerationsensorconsistsoftwomassblocks,fourL-shapedbeamsanddoublebeamsinthemiddle.Twelvepiezoresistorsont