cmos工艺下微压力传感器研究综述

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1、向延进19920112203486测控CMOS压力传感器1、研究背景和意义压力传感器的发展背景传感器的作用就是将自然界中存在的各种非电量信息转化成可测的电信号，为人们探知和控制提供必要的条件和依据⑴。随着现代测量、控制和自动化的技术不断发展，传感器技术越来越为人们所重视，已成为制造自动化和信息化的基础⑵。传感器技术同计算机科学技术与通信技术被称为信息技术的三大产业⑶，其发展是一个代表国家工业现代化水平的重要标志。传感器与生活中的各行各业也有着紧密的联系。在普通一个汽车的电控系统中大约有10-20只传感器，有的高级汽车更是高达30

2、0个，这些传感器盲接影响着汽车技术性能的发挥。在现代医学领域，医学传感器得到了广泛的应用，如在图像处理、临床化学检验、生命体征参数的监护检测、心血管疾病的诊断和治疗等方面，传感器己经十分普及。在环境检测，军事等方面也有着很多的应用⑷。可以说我们的生活已经离不开传感器了。传感器的种类很多，以传感器的功能来说可以分为速度传感器、温度传感器、压力传感器等。其中压力传感器具有体积小、灵敏度高、成本低、便于集成等优点，被广泛应用于医疗卫生、工业过程监控、生物、航空、环境监测等各个领域⑴⑸⑹，。可以说是工业实践中最为常用的一种传感器。压力传

3、感器的材料也可以分成很多种类，但是根据相关文献资料大部分都是用硅来制作的。自1954年Smith等人开始研究半导体的压阻效应开始，基于压阻效应制作的传感器就开始得到了实际的应用。之后由压阻效应制作的压力传感器在控制理论和测量技术得到了很大的发展。后来又由于硅集成工艺的发展，以硅衬底为材料的压力传感器更是得到了惊人的发展⑺。采用硅压力传感器具有体积小、重量轻、精度高等特点、特别是半导体传感器制造工艺与集成电路工艺相兼容，满足了传感器向智能化方向发展的要求⑻。近年来，各个领域都迫切需要研制能链接到微型计算机的压力传感器。以硅为材料的

4、压力传感器肯定还是未來压力传感器的主流材料。压力传感器的微型化也必然是未来压力传感器的发展趋势之一。1.2CMOS工艺发展背景在很多领域微型计算机使用的越来越广泛，这就要求压力传感器更加小、更加准确，并且能与集成电路相兼容。而在集成电路的领域里面，现在CMOS技术仍然是主流的技术。CMOS是指互补式金属半导体。从上个世纪八十年代起，已经有人开始研究利用标准CMOS工艺技术来制作各种传感器，如电容式传感器、压阻式传感器、光电式传感器，场效应晶体管式传感器等⑵。CMOS具有它具有极低的静态功耗密度、抗干扰性好、工作电源电压范围宽、输

5、入阻抗高、电容设计容差大等优点⑼。随着集成工艺的发展，COMS工艺也在逐步改善，使其能满足各种集成微型集成传感器的制作要求。现在CMOS标准工艺上所需的材料的种类，材料的加工流程，加工参数都是固定的。这些都非常有利于大规模的牛产和制造集成电路和传感器的产量化和市场化。对于集成屯路来说，用CMOS工艺设计传感器还有以下优点。一是CMOS工艺现在比较广泛使用，所以相对来说比较容易获得。在国内台积电、华晶、华虹等半导体工艺厂商都可以提供加工服务，在国外美国的MOSIS公司向全世界都会提供相关服务。所以对于传感器设计人员来说，采用CMO

6、S工艺设计的方法，其加工服务比较容易获得，这也迎合了压力传感器的商品化的要求。二是CMOS电路相对来说集成度高，相比GaAs、双极性硅等工艺来说都有着无法替代的优点。三是利用CMOS工艺兼容设计传感器利于降低传感器成木，实现传感器的片上系统和微型化」⑼四是功耗小，在规模很大而U很复杂的电路中采用CMOS是一个比较好的方案【切。在集成电路领域，CMOS工艺有着其它工艺无法替代的优势。但是在CMOS标准工艺设计传感器也存在各种各样的挑战，如对于微型的传感器，体积越小的传感器，外界物理量、化学量对传感器检测量的改变就会越小，这个对于传

7、感器系统的封装和CMOS工艺兼容来说都是一个挑战[121[131o（3）MEMS工艺的发展背景微型化是当今传感器发展的一个重要技术领域，因为微小技术所制作的微小器件能完成许多大系统无法完成的工作，当尺寸小到一定程度，会有许多意想不到甚至令人惊喜的现象出现〔⑷。于是MEMS开始发展起来。MEMS就是微机电系统（MicroElectroMechanicalSystems）,是指可批量制作的，集微型机构，微型传感器、微型执行器以及信号处理电路、通信和屯源为一体的微型器件或系统，也可以说是微屯子加工技术和多种微机械加工技术相融合而成的微

8、型系统⑸。MEMS技术是作为力学，声学，光学和化学等物理域与电子电路沟通的桥梁11511161o完整的MEMS是由感知外界信息（力、热、光、化、磁）的微传感器、控制对象的微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统（如下图），形成