基于重掺杂的谐振式传感器频率温度系数补偿研究.pdf

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1、2016年第35卷第2期传感器与微系统(TmnsducerandMicrosystemTechnologies)39DOI：10．13873／J．1000-9787(2016)02--0039--03基于重掺杂的谐振式传感器频率温度系数补偿研究杨力建，游卫龙，张磊，杨恒，李昕欣(1．复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室，上海200433；2．中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术国家重点实验室，上海200050；3．中国科学院研究生院。北京100040)摘要：MEMS谐振式传感器具有精

2、度高、准数字输出、抗干扰能力强等特点，高精度压力传感器、应力传感器等多采用谐振式工作原理。频率温度系数补偿是实现高精度谐振式传感器的关键技术。通过实验研究了利用重掺杂改善硅频率温度系数的技术。实验表明：P型掺杂浓度达到7×10／cm。时，(110)晶向频率温度系数降低到-11．68×10一／K；N型掺杂浓度达到6×10／cm。时，(100)晶向谐振频率是温度的二次函数，在8OqC左右频率温度系数有过零点。首次实验演示了利用低功耗加热控制结合N型重掺杂，当环境温度由3O℃变化到40℃时，谐振频率温

3、度漂移仅为1．13X10／℃。利用该技术可实现超高温度稳定性的谐振式传感器。关键词：谐振式传感器；振荡器；频率温度系数；温度补偿中图分类号：TP212．1文献标识码：A文章编号：1000-9787(2016)02-0039--03StudyontemperaturecoeficientcompensationoffrequencyofresonantsensorbasedondegeneratedopingYANGLi-jian，YOUWei—long’．ZHANGLei’。YANGHeng，L

4、IXin．xin(1．StateKeyLaboratoryofASIC&System，FudanUniversity，Shanghai200433，China；2．StateKeyLaboraryofTransducerTechnology，ShanghaiInstituteofMicrosystemandInformationTechnology，ChineseAcademyofSciences，Shanghai200050，China；3．GraduateUniversityofChines

5、eAcademyofSciences，Beijing10oo40．China)Abstract：MEMSresonantsensorhasfeaturesofhighprecision，quasidigitaloutputandstronganti—interference．Highprecisionpressuresensorsandstrainsensorsmostadoptresonantworkingprinciple．Thecompensationoftemperaturecoefic

6、ientoffrequency(TCF)isoneofthekeyissuestorealizehighprecisionresonantsensors．Compensationofsilicontemperaturecoeficientoffrequencywithdegeneratedopinghasbeenstudiedbyexperiments．Itisshownbyexperimentsthattemperaturecoeficientofresonantfrequencyin(110

7、)orientationdecreasedto一11．68xl0／Kby7xlO／cm。Pdoping；resonantfrequencyin(100)orientationisquadraticfunctionoftemperatureafter6X10／cmNdoping，temperaturecoeficientofresonantfrequencycrosseszeropointatabout80qC．Ithasbeenshownforthefirsttimethattheresonan

8、tfrequencytemperaturedriftisonly1．13X10一whentheambienttemperaturechangesfrom30oCto40oCwithlowpowerconsumptionheatingcontrolcombinedwithNtypedegeneratedoping．Resonantsensorswithuhrahightemperaturestabilitycanbedevelopedwiththetechnique．Keywords：resona