soi基纳米硅薄膜超微压压力传感器研究

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1、第27卷第12期电子测量与仪器学报Z．27No．122013年12月JOURNALOFELECTRONICMEASUREMENTANDINSTRUMENT·l107·DOI：10．3724／SP．J．1187．2013．01107SOI基纳米硅薄膜超微压压力传感器研究许高斌李凌宇陈兴马渊明(合肥丁业大学电子科学与应用物理学院安徽省MEMS工程技术研究中心合肥230009)摘要：设计分析了一种SOI基纳米硅薄膜的压阻式压力传感器，构建SOI埋层氧化层、SOI上层硅和A1N绝缘层多层压力敏感薄膜结构。利用纳米硅薄膜作为压敏电阻，A1N薄膜作为绝缘层，埋层氧化层自停止腐蚀制作压力空腔。该传感器的制备

2、工艺简单，一致性、重复性好。通过ANSYS模拟分析了压力敏感层结构参数对传感器灵敏度的影响以及传热特性，验证了结构设计和理论模型的正确性和合理性。研究表明，该传感器灵敏度可达到1．3mV／(kPa·V)，输出电压可达到0．65mV，且具有较好的线性度和高温性能，可实现对0—100Pa超微压的测量。关键词：SOI；纳米硅薄膜；超微压；压力传感器中图分类号：TP212；TN306文献标识码：A国家标准学科分类代码：460．4020Researchofnano—-siliconthinfilmultra·-miniaturepressuresensorbasedonSOIXuGaobinLiLing

3、yuChenXingMaYuanming(MEMSResearchCenterofEngineeringandTechnologyofAnhuiProvince，SchoolofElectronicScience&AppliedPhysics，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China)Abstract：BasedonSOI，anovelnano—siliconthinfilmultra-miniaturepressuresensorisdesigned，thepressuresensitivitylayeriscomposedofSOIburi

4、edoxide(BOX)，top—SiandA1Nfilms．Usingthenano-siliconthinfilmaspiezoresistance，theA1Nasinsulationlayer，andtheBOXastheetch—stoplayer，thepressurecavumisfabricated．Thefabricationprocessofthesensorissimplewithwellconsistencyandrepeatability．ThedesignandthemodelareverifiedbyusingtheFEMtoolANSYS．Thesensitiv

5、ityofthesensoraffectedwiththestructuralparametersofthepressuresensitivitylayerandtheheattransfercharacteristicarealsoanalyzed．Thesimulationresultsshowthatthesensitivityofthesensorcanachieveto1．3mV／kPa。V，andtheoutputvoltageofWheatstonebridgecanachieveto0．65mV．Thus，thepressuresensorhasgoodlinearityand

6、hightemperatureperformance，SOitissuitableformeasurementoftheultraminiaturepressure0to100Pa．Keywords：SOI；nano-siliconthinfilm；ultraminiaturepressure；pressuresensor一般在1MPa以上。同时由于SiO：和si的热膨引#胀系数相差较大，温度变化时，内部产生热应力会引起传感器的零点温度漂移。常规的SOI压力传感器采用上层硅掺杂制备为此国内外都在寻求用新型结构硅芯片或新压敏电阻⋯，用各向异性腐蚀定时停止技术腐蚀敏感材料来制作压力传感器。现在已被

7、广泛应用SOI下层硅形成压力腔，定时停止技术制备的压力于制造压力传感器的单晶硅和多晶硅的压力灵敏敏感层的厚度难以精确控制，厚度一般在几十Ixm，系数在20—40，研究表明纳米硅薄膜压阻系数当硅膜厚度减到一定的程度，一方面性能恶化，非为单晶硅的4—6倍4。，其值最大可以达到约线性增加；使得传感器的一致性、重复性差，其量程130，且纳米硅薄膜的温度稳定性好，在约300cC以收稿日期：2013-04Re