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上海申思特自動化設(shè)備有限公司
主營產(chǎn)品： 美國E E傳感器,美國E E減壓閥,意大利ATOS阿托斯油缸,丹麥GRAS麥克風(fēng),丹麥GRAS人工頭, ASCO電磁閥,IFM易福門傳感器 |
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更新時間：2016-12-16 13:34:59瀏覽次數(shù)：664
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多晶硅納米膜E+E壓力傳感器芯片
硅基壓阻式E+E壓力傳感器應(yīng)用廣泛,在傳感器中具有十分重要的地位。該傳感器的發(fā)展方向是小型化、高靈敏度、良好溫度特性和集成化,研究表明多晶硅納米薄膜具有良好的壓阻特性,并較好地應(yīng)用于體硅E+E壓力傳感器。但該材料現(xiàn)有的的壓阻系數(shù)算法理論推導(dǎo)存在一定欠缺,且該材料的應(yīng)用范圍亟待擴(kuò)大。
多晶硅納米膜E+E壓力傳感器芯片
為了改進(jìn)多晶硅的壓阻系數(shù)算法,提出了一種p型多晶硅納米薄膜壓阻系數(shù)算法,該算法計(jì)算的應(yīng)變因子(GF)與測試結(jié)果具有良好的*性。并且,為了有效利用多晶硅納米薄膜的優(yōu)良壓阻特性,設(shè)計(jì)研制了一種以多晶硅納米薄膜為力敏電阻的犧牲層壓阻式E+E壓力傳感器芯片,該傳感器芯片具有體積小、滿量程輸出高、過載能力強(qiáng)和易集成的優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用前景良好。隧道壓阻理論利用量子隧道效應(yīng)和能帶退耦分裂理論,闡明了隧道壓阻效應(yīng)的形成機(jī)理,在此基礎(chǔ)上建立了多晶硅壓阻特性的新模型——隧道壓阻模型(TPM),該理論較好解釋了重?fù)诫sp型多晶硅納米薄膜應(yīng)變因子較高的現(xiàn)象。但是,現(xiàn)有的基于該理論的壓阻系數(shù)算法以p型單晶硅壓阻實(shí)測數(shù)據(jù)擬合曲線為基礎(chǔ)求取壓阻系數(shù)與摻雜雜質(zhì)濃度關(guān)系模型,且只給出壓阻系數(shù)π44模型。因此,該算法需要改進(jìn)。根據(jù)硅價帶和空穴電導(dǎo)有效質(zhì)量隨應(yīng)力改變的機(jī)理,采用多晶硅隧道壓阻模型,提出了一種多晶硅納米薄膜壓阻系數(shù)算法。該算法給出了p型多晶硅納米薄膜壓阻系數(shù)與摻雜濃度關(guān)系式,其中包括基礎(chǔ)壓阻系數(shù)π11、π12和π44,并可以依此求取任意比例晶向排列的多晶硅應(yīng)變因子。依據(jù)該算法繪制了多晶硅納米薄膜應(yīng)變因子與摻雜濃度關(guān)系曲線,與測試數(shù)據(jù)對比具有較好的*性。表明提出的壓阻系數(shù)算法合理地解釋了多晶硅納米薄膜應(yīng)變因子與摻雜濃度關(guān)系,豐富了壓阻理論。為了充分發(fā)揮多晶硅納米薄膜壓阻特性,以及犧牲層傳感器的體積小、易集成的優(yōu)點(diǎn),研制了一種以p型多晶硅納米薄膜為力敏電阻的犧牲層壓阻式E+E壓力傳感器芯片,該傳感器芯片以硅為襯底,一個臺階型多晶硅膜片與襯底構(gòu)成真空腔,密封的刻蝕孔排列在膜片四周,膜片上的四個力敏電阻用金屬連接構(gòu)成惠斯通電橋,將壓力轉(zhuǎn)換為電壓輸出。采用有限元分析軟件,使用大變形和非線性接觸方法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用多晶硅具有較高的抗拉強(qiáng)度的特點(diǎn),給出了根據(jù)量程設(shè)計(jì)多晶硅膜片尺寸的方法,通過調(diào)整腔體高度提高了傳感器的過載能力。依據(jù)傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了傳感器的工藝步驟。在工藝步驟中,使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積(PECVD)技術(shù)淀積二氧化硅,采用低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)技術(shù)淀積多晶硅,使用濕法腐蝕技術(shù)去掉犧牲層,采用等離子體刻蝕技術(shù)制備腐蝕孔,采用離子注入技術(shù)摻雜硼雜質(zhì),采用濺射技術(shù)淀積金屬,采用退火工藝減少多晶硅膜片內(nèi)應(yīng)力和激活雜質(zhì),采用叔丁醇冷卻干燥方法防止膜片與腔體底部黏附。依據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和工藝步驟,試制了四批傳感器樣片,其中*批樣片因漏氣而失效,通過改進(jìn)工藝第二批樣片解決了漏氣問題,但由于無壓力時膜片與襯底黏附,傳感器靈敏度很低。調(diào)整工藝方法試制了第三批樣片,但由于使用低濃度腐蝕液導(dǎo)致犧牲層沒有腐蝕干凈。在調(diào)整腐蝕液濃度后試制的第四批樣品達(dá)到設(shè)計(jì)要求。量程為2.5MPa的傳感器樣片測試結(jié)果表明:在25℃,5V電壓源供電的滿量程輸出為362mV,非線性為0.21%FS,重復(fù)性為0.22%FS,遲滯為0.22%FS,過載壓力為18MPa;在-55℃~150℃范圍內(nèi),熱零點(diǎn)漂移為﹣0.01%FS/℃,熱靈敏度漂移為﹣0.1%FS/℃。與已報(bào)道的犧牲層壓阻式E+E壓力傳感器比較,研制的傳感器量程和工作溫度范圍寬,滿量程輸出高,線性和遲滯性能好,但熱靈敏度漂移稍差。與當(dāng)前較有名傳感器企業(yè)生產(chǎn)的相近量程硅基E+E壓力傳感器比較,研制的傳感器具有體積小、滿量程輸出高和過載能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
多晶硅納米膜E+E壓力傳感器芯片
具體地說,試制傳感器樣品實(shí)現(xiàn)了滿量程輸出擴(kuò)大3倍以上,且具有良好的線性性能;試制傳感器實(shí)現(xiàn)了過載能力是滿量程的7倍以上,與典型的2~5倍滿量程過載能力相比,過載能力明顯提高;但重復(fù)性和熱靈敏度漂移性能稍差,需要在進(jìn)一步研究中改進(jìn)。
