基于MEMS技術(shù)SOI微壓傳感器研究.pdf

1、本課題采用MEMS技術(shù)在SOI片（器件層為n型＜100＞晶向單晶硅）上設(shè)計(jì)、制作粱-膜結(jié)構(gòu)的微壓傳感器，該結(jié)構(gòu)包括彈性元件和敏感元件。彈性元件由方形硅膜結(jié)構(gòu)和四個(gè)短梁結(jié)構(gòu)組成，敏感元件由四個(gè)蛇形壓敏電阻（R1、R2、R3和R4）組成，且分別制作在四個(gè)短梁的根部構(gòu)成惠斯通電橋結(jié)構(gòu)，基于壓阻效應(yīng)可實(shí)現(xiàn)外加壓力的測(cè)量。與一般的C型、E型等硅膜結(jié)構(gòu)相比，該梁-膜結(jié)構(gòu)在受到微壓時(shí)可產(chǎn)生應(yīng)力分布集中，通過(guò)平面應(yīng)力集中效應(yīng)，提高了壓力傳感器的靈敏度，

2、可實(shí)現(xiàn)微壓（0kPa-10kPa）的測(cè)量。本課題結(jié)合壓力傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理，采用ANSYS有限元軟件構(gòu)建傳感器結(jié)構(gòu)的仿真模型，研究硅膜結(jié)構(gòu)對(duì)傳感器壓敏特性的影響，給出優(yōu)化的幾何結(jié)構(gòu)模型。仿真結(jié)果給出，梁-膜結(jié)構(gòu)由于應(yīng)力集中分布效應(yīng)具有更好的壓敏特性，并進(jìn)一步仿真分析了梁-膜結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)壓敏特性的影響，給出優(yōu)化的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)。
　　本文采用L-Edit軟件實(shí)現(xiàn)梁-膜結(jié)構(gòu)微壓傳感器芯片版圖設(shè)計(jì)，并基于MEMS技術(shù)在SOI片上實(shí)現(xiàn)梁-

3、膜結(jié)構(gòu)微壓傳感器芯片的制作和封裝，通過(guò)采用全自動(dòng)壓力變送器測(cè)試系統(tǒng)、高低溫實(shí)驗(yàn)箱和壓力測(cè)試盤等搭建的測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)傳感器進(jìn)行靜態(tài)特性測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出:在室溫20℃、工作電壓VDD=5.0V和壓力范圍0kPa-10kPa下，梁-膜結(jié)構(gòu)的微壓傳感器靈敏度為0.473mV/kPa、線性度為0.105％F.S.、重復(fù)性為0.316％F.S.、遲滯為0.211％F.S.和準(zhǔn)確度為0.394％;當(dāng)溫度范圍為-40℃到85℃變化時(shí)，靈敏度溫度漂移為-