一种新型CMOS电容式绝对压力传感器的设计

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1、第19卷第5期传感技术学报V01．19No．52006年10月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACrUATORSOct．2006DesignofANovelCMCapacitiveAbsolutePressureSensorLjUNa，HUANGQing一口咒。，QINMing(KeyLaboratoryofMEMSofMinistryofEducation，SoutheastUniversity，Nanjing210096，Chim)Abstract：Anovelcapacit

2、ivepressuresensorbasedonthepostCMOSMEMSprocessispresented．Thesensingpartisavariablecapacitorwithaconductor／dielectric／conductorstructure．Thetopandbottom1ayersarepoly-gateandn-wellSiintheCMOSprocess，respectively，whilethecenterlayeristhegateSi02．AfterCMO

3、Sprocess，selectivelyetchingbulksilicon，PNjunctionselfetch—stop，andanodicbond—ingtotheglassareusedtogetthemicrostructure．Comparedwiththetraditionalcapacitivepressuresen—sor，thisstructurehasintrinsiclargerinitialcapacitancevaluewhichbenefitsthefollowingi

4、nterfacacir—cuitsandhighsensitivity．Amechanicalthermalmodelforthemulti—layerswasusedtoanalysethesensorstructure，whichwasalsosimulatedbyANSYS．Afterthat，thecapacitancechangemodelwasusedtoe—valuatethesensitivityofthedevice．Forthe800肛m×800pmsquaremembrane，

5、thesensitivityisobtainedtobe46fF／hPaandtheinitialcapacitanceis1104pF．Thenthecapacitiveinterfacecircuitwasalsode—signedtOdetectthechangeofthesensorcapacitance．Keywords：CMOS；capacitiveabsolutepressuresensor；sensitivity；capacitiveinterfacecircuitEEACC：257

6、5D；2570D一种新型CMOS电容式绝对压力传感器的设计刘娜，黄庆安。，秦明(东南大学MEMS教育部重点实验室，南京210096)摘要：提出了一种新型的采用标准CMOS工艺结合MEMS后处理工艺加工的电容式绝对压力传感器．传感器结构部分是由导体／介质层／导体组成的可变电容器．电容的上下极板分别为CMOS工艺中的多晶硅栅和n阱硅，中间介质层为栅氧化层．在CMOS工艺加工完之后，利用选择性的体硅腐蚀、pn结自停止腐蚀以及阳极键合等MEMS后处理工艺来得到传感器结构．与传统的电容式压力传感器相比，这种结

7、构具有更大的初始固有电容，这样可以抑制寄生电容的影响，从而简化检测电路的设计．文中，应用多层膜理论模型分析了传感器的结构，并利用ANSYS有限元分析对模型进行了验证，并利用电容变化模型分析了传感器的灵敏度．对于边长为800／zm的敏感方膜，初始电容值为1104pF，传感器灵敏度为46fF／11Pa．同时，本文给出了传感器的电容检测电路的设计．关键词：CMOS电容式绝对压力传感器；灵敏度；电容检测电路中图分类号：TP212．12文献标识码：A文章编号：1004—1699(2006)05一1863一05

8、硅压力传感器已发展了四十多年，应用于从航空航天到家居生活各个领域．最早出现并开始商业化的是压阻式压力传感器，它是传感器发展和MEMS技术发展的一个里程碑．具有结构简单、易于与CMOS集成，处理电路简单等优点，但是受温度影响很大．在硅压阻式压力传感器之后，又相继出收稿日期：2006—07—01基金项目：国家自然科学基金重点项目资助课题(90607002)作者简介：刘娜(1982一)，女，硕士研究生，研究方向为CMOS-MEMS，littleapple_annie@163