納米硅薄膜晶體管壓-磁傳感器制作工藝及特性研究.pdf

1、隨著MEMS技術(shù)和IC技術(shù)迅速發(fā)展，傳感器小型化、多功能化和集成化成為傳感器發(fā)展的重要方向，本文基于CMOS工藝和MEMS技術(shù)研究設(shè)計、制作納米硅薄膜晶體管壓/磁傳感器。
　　 本文采用LPCVD法在n型(＜)100(＞)晶向高阻單晶硅上實現(xiàn)納米硅薄膜制備，并采用XRD、Raman和AFM對薄膜微結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試研究，基于上述研究，建立納米硅薄膜晶體管壓/磁理論模型，并對壓/磁特性進(jìn)行理論分析。在理論分析基礎(chǔ)上，給出納米硅薄膜晶體管

2、壓/磁傳感器基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并采用ANSYS有限元軟件和ATLAS器件模擬軟件對壓/磁傳感器的特性進(jìn)行仿真研究。在此基礎(chǔ)上，以厚度為81.7nm和169.5nm的納米硅薄膜為溝道層，采用CMOS工藝和MEMS技術(shù)實現(xiàn)納米硅薄膜晶體管壓/磁傳感器芯片的設(shè)計、制作和封裝。
　　 室溫條件下，本文分別采用Fluke719100G壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)和CH-Hall磁場校準(zhǔn)系統(tǒng)對傳感器進(jìn)行測試，進(jìn)行壓敏特性和磁敏特性研究。實驗結(jié)果給出，當(dāng)外

3、加磁場B=0T、外加工作電壓VDD為5.0V時，納米硅薄膜厚度為81.7nm，硅膜厚度為85μm，溝道長寬比分別為160μm/80μm、320μm/80μm和480μm/80μm的傳感器壓力靈敏度分別為0.48mV/kPa、0.35mV/kPa和0.32mV/kPa，與制作工藝和設(shè)計參數(shù)相同的擴散硅壓阻式壓力傳感器相比，壓力靈敏度明顯提高;當(dāng)外加磁場B≠0T時，傳感器壓敏特性有微弱變化;當(dāng)外加壓力P=0kPa、外加電壓VDS為5.0V時

4、，納米硅薄膜厚度為81.7nm、溝道長寬比為160μm/80μm、320μm/80μm和480μm/80μm的納米硅薄膜晶體管壓/磁傳感器的磁靈敏度分別為8.45mV/T、4.76mV/T和3.49mV/T，納米硅薄膜晶體管壓/磁傳感器的磁靈敏度隨溝道長寬比的增加而減小;當(dāng)外加壓力P≠0kPa，外加壓力對傳感器的磁敏特性影響較小。結(jié)果表明，本文設(shè)計、制作的納米硅薄膜晶體管壓/磁傳感器能夠完成外界壓力和磁場的檢測，實現(xiàn)壓/磁檢測集成化，為