硅微谐振式压力传感器芯体设计与制作工艺研究

《硅微谐振式压力传感器芯体设计与制作工艺研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、露缸；蕊虫嘻’硕士学位论文(学位研究生)学校代码10699分类号TP212密级学号046050346题目：硅微谐握式压左佳盛墨荃佳遮让生剑佳王苎受究指导教师蕴住亟专业技术职务熬授答辩日期学位授予日期二oo七年三月摘要基于MEMS技术的硅微谐振式压力传感器是目前精度最高的硅微压力传感器，它通过检测物体的固有频率间接测量压力，为准数字信号输出。其精度主要受结构机械特性的影响，因此其抗干扰能力很强，性能稳定。除此之外，硅微谐振式压力传感器还具有响应快、频带宽、结构紧凑、功耗低、体积小、重量轻、可批量生产等众多优点，一直是各国研究和开发的重点。本文在系统研究了国内外各种硅微谐振式

2、压力传感器的基础上，选择静电激励／电容拾振的硅微谐振式压力传感器进行了芯体方案及结构设计，并对其芯体性能参数进行了理论分析和仿真计算，得到了其激励电压与检测电容大小、压力一频率关系曲线以及温度一频率关系曲线，完成了强度校验、干扰因素及整体仿真分析。提出了全新的硅岛布置方案和谐振子结构，在保证可加工性的同时，避免了压力敏感膜片变形过程中硅岛根部的应力集中，减少了对谐振子的形状尺寸限制，增大了谐振子的有效面积，降低了后期信号检测的难度。在此基础上，对芯体的相关制作工艺进行了试验研究，其主要研究内容包括：进行了反应离子刻蚀(RIE)实验，确定了氮化硅和单晶硅的刻蚀参数；研究了不

3、同条件下的KOH刻蚀效果，得到了谐振子的最佳镂空刻蚀条件；进行了浓硼自停止刻蚀试验，结果显示其扩散层的有效厚度及刻蚀选择比均满足谐振子的自停止刻蚀要求；研究了玻璃通孔制作工艺并完成了所需通孔阵列制作；分析了阳极键合技术中可能存在的问题并给出了改进措施；为避免深台阶涂胶光刻，采用近似scREAM工艺来镂空谐振子并形成硅岛，并进行了硅岛补偿图形的选择实验。关键词：微机电系统，静电激励，电容拾振，谐振，压力传感器ABSTRACTMiIliatufesilic叫resonaIltp玎韶su∞sensorbascdonMEMS，wIlichh嬲thelligllestprecisi

4、onfor疳equencyoutput，me船urespressurebydetectingtheIlatural丘℃quencyofsomeobject．nh船strongantqanlmingcapabilityandexcellentsta_bilily嬲tlleaccuracyisdeteminedby“sstnlctIlre．Withthepo蛔吡ialadvantagesofquickresponse，wide舶quencyballd，compactcollfb咖ation，lowconsumptio玛smallsizc，lowweiglltaIldbatch

5、yield，ithasbeentheresearchfocusofmanycourrbfys．TIIispaperpreselltSthewholeschemeaIldstmcturedesignofthesensoreIectrostaticailyexcited锄dcapacitivelydctectcdb觞edonsystematicstIldyofVafioIlsmilliaturesiliconresommtpressurese璐oLTheperfbrI】1anceoft11escIlsorh嬲alSobcenanalysisedandsimulated，whi

6、chgivesthevoltageexcited，c印acitaIlcedetected，merelationshipb‘lt、veenpressure甜ldnatl蒯丘equency’therelationshipbe慨嗍即temperatureandnaturalf沁quency，strengtllV喇矗catio坞inl甜f每rence盎dofa11alysisa11doveraUsimulation．MoreovernovelislandsamngementaIldresonatorsh印eamintroduced，whichensurcst11e臼bricabl

7、i戗avoidsmestrcssconcentmtionatmeb嬲eoftheisIalldsdllringdi印h船gmdistorting，decfe舔esttlerestrictionofresonatorshape，reducestlledimcultyofdetectionfoftheresonatorsizeincreasing．Onthisbasis，tIlefabricationoftllesensorh嬲becnsmdiedthorou曲ly，thcmainconte出are嬲follows：Reactiv