基于SOI-MEMS工艺的谐振式压力传感器研究.pdf

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1、第26卷第6期传感技术学报V0l_26No．6CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSJun．20132013年6月ResearchofaMicromachinedResonantPressureSensorBasedonSOIⅥferCAOMingwei，CHENDeyong，WANGJunbo，JIAOHailong，ZHANGJian(StateKeyLaboratoryofducerTechnology，InstituteofElectronics，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China

2、)Abstract：AmicromachinedresonantpressuresensorwithH-·typedoubly--clampedbeamswasproposedbasedonelectromagneticallydrivenanddifferentiallydetectionmethods．ThebeamsweremadeofaSO1wafer’Ssingle-crystalsilicondevicelayerwithlowresistivity，whichwerea]soactedastheexcitedandsensedelectrodesinstead

3、ofcommonlyusedmetallayerelectrodes．Finiteelementanalysiswasutilizedtooptimizethedesignofthepressuresensor．Thesensorwasfabricatedbydeepreactiveionetchingprocessandbufferedoxideetcherreleaseprocess，andthevacuumpackageofthesensorwasrealizedbyanodicbonding．Experimentalresultsshowasensitivityof

4、14．96Hz／hPaandlinearcorrelationcoefficientof0．999996intherangeof500hPato1100hPa．Keywords：micro—electromechanicalsystem(MEMS)；resonantpressuresensor；SOI；differentiallydetection；anodicbondingEEACC：7230；7230Edoi：10．3969／j．issn．1004-1699．2013．06．009基于SOI．MEMS工艺的谐振式压力传感器研究冰曹明威，陈德勇，王军波，焦海龙，张健(中国

5、科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室，北京100190)摘要：提出了一种电磁激励、差分检测的谐振式MEMS压力传感器，该器件采用低电阻率的SOI器件层单晶硅制作“H”型谐振梁，并作为激励和检测电极。根据对传感器数学模型的分析，利用有限元分析方法优化了传感器结构设计。采用等离子深刻蚀制作传感器结构，并用湿法腐蚀SOI二氧化硅层的方法释放。利用硅一玻璃阳极键合技术，实现了传感器的圆片级真空封装。采用开环扫描检测和闭环自激振荡方式，测定压力传感器的特性。实验结果表明：传感器一致性良好，在500hPa～11O0hPa的检测范围内，差分检测灵敏度为14．96Hz／hPa，线性相关

6、系数为0．999996。关键词：微电子机械系统；谐振式压力传感器；绝缘体上硅；差分检测；阳极键合中图分类号：TP212．1文献标识码：A文章编号：1004—1699(2013)06—0801-05谐振式压力传感器是高精度压力传感器中的典河电机Ikeda等人研制了电磁激励、电磁检测的谐型代表，在现代航空航天领域具有非常重要的作用。振式MEMS压力传感器，制作过程涉及扩散、多晶硅它利用压力的变化来改变物体的谐振频率，从而通过外延生长和多次薄膜沉积工艺，制作过程非常复杂。测量频率变化来间接测量压力⋯。谐振式MEMS压国内在这方面也有相关研究，中科院电子学研究所陈力传感器有机地结合

7、了微机电加工技术和机械谐振德勇等人制作出了电热激励、压阻检测的谐振式式传感技术，不仅具有传统机械谐振传感器精度高、MEMS压力传感器，但采用氮化硅制作谐振梁，导致稳定性好、准数字输出等优点，还具有体积小、功耗热应力较大。史晓晶_6J、李玉欣_2，等人采用扩散硅低、与集成电路工艺兼容、易于大批量生产等特点J。工艺制作了梁膜一体的谐振式MEMS压力传感器，其自上世纪八十年代，国内外众多公司与研究机构器件采用扩散硅层制作谐振梁，利用浓硼扩散自停止广泛开展谐振式MEMS传感器的研究。其中DRUCK技术实现谐振梁的释放，但是