基于MEMS技術(shù)納米多晶硅薄膜壓力傳感器制作及特性研究.pdf

1、隨著納米技術(shù)發(fā)展，納米多晶硅薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的壓阻特性，本文基于MEMS技術(shù)在<100>晶向單晶硅襯底上設(shè)計(jì)、制作納米多晶硅薄膜壓力傳感器。通過(guò)采用LPCVD法在SiO2層上制備納米多晶硅薄膜，薄膜厚度分別為61nm、82 nm、114nm和170nm，通過(guò)XRD和SEM，研究薄膜厚度和退火溫度對(duì)納米多晶硅薄膜微結(jié)構(gòu)特性的影響，XRD測(cè)試結(jié)果表明，納米多晶硅薄膜在<111>晶向、<220>晶向和<311>晶向形成硅衍射峰，擇優(yōu)取向?yàn)?22

2、0>晶向，隨著薄膜厚度增加，硅衍射峰強(qiáng)度增強(qiáng)，隨著退火溫度升高，衍射峰強(qiáng)度增強(qiáng)，晶粒尺寸增大;SEM測(cè)試結(jié)果表明，薄膜表面均勻，平整度較好，當(dāng)薄膜厚度為61 nm時(shí)，晶粒尺寸約為40 nm，隨著膜厚增加，晶粒尺寸增大?；趬鹤栊?yīng)，本文在C型單晶硅杯上設(shè)計(jì)四個(gè)納米多晶硅薄膜電阻，構(gòu)成惠斯通電橋結(jié)構(gòu)，當(dāng)外加壓力P≠0 kPa時(shí)，硅膜發(fā)生彈性形變，引起納米多晶硅薄膜電阻阻值發(fā)生變化，橋路輸出電壓發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)外加壓力的檢測(cè)。通過(guò)采用MEM

3、S技術(shù)和LPCVD方法，實(shí)現(xiàn)尺寸為5 mm×5mm的納米多晶硅薄膜壓力傳感器芯片的制作。在室內(nèi)環(huán)境溫度為20℃，相對(duì)濕度為15％RH的條件下，采用壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)(Fluke719100G)、數(shù)字萬(wàn)用表(Agilent34401A)、恒壓源(Rigol DP832)及高低溫濕熱試驗(yàn)箱(GDJS-100G)對(duì)納米多晶硅薄膜壓力傳感器進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)工作電壓VDD=5.0 V時(shí)，薄膜厚度為170nm，硅膜厚度為56μm，壓敏電阻長(zhǎng)寬比

4、為320μm/80μm的壓力傳感器，其滿量程(400kPa)輸出電壓為128.10 mV，靈敏度為0.31 mV/kPa，線性度為0.38％F.S.，重復(fù)性為0.19％F.S.，遲滯為0.15％F.S.，準(zhǔn)確度為0.46％F.S.，在-40℃～150℃環(huán)境溫度下，靈敏度溫度系數(shù)為-0.099％/℃，相同條件下，硅膜厚度為47μm的壓力傳感器，靈敏度可達(dá)到0.45 mV/kPa。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)、制作的納米多晶硅薄膜壓力