內(nèi)應(yīng)力影響下表面微機械絕對壓力傳感器非線性研究.pdf

1、隨著MEMS新材料和新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，壓力傳感器向著小型化，集成化和智能化方向發(fā)展。壓力傳感器在消費電子產(chǎn)品，汽車工業(yè)，醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域內(nèi)的廣泛應(yīng)用，在低成本，小型化，可靠性，穩(wěn)定性等技術(shù)指標(biāo)方面對傳感器產(chǎn)品提出了更高的要求。本文將詳細(xì)介紹MEMS壓力傳感器的發(fā)展及應(yīng)用，講述硅微機械加工技術(shù)。以矩形薄板作為壓力傳感器彈性元件的近似理論模型，分別用彈性力學(xué)理論和板殼理論分析該板在小撓度彎曲和大撓度彎曲下的撓度和應(yīng)力分布，為后續(xù)的有限元仿真提

2、供理論參考。采用表面微加工技術(shù)制備壓阻式壓力傳感器，實現(xiàn)批量化和低成本化生產(chǎn)。通過實驗測量研究壓力傳感器輸出的靜態(tài)特性，通過有限元仿真探討薄膜內(nèi)應(yīng)力影響下壓力傳感器的輸出非線性。
　　本研究所涉及的多晶硅絕對壓力傳感器，采用由低壓化學(xué)氣相沉積法制備的低應(yīng)力氮化硅(LS SiN)薄膜作為傳感器芯片的彈性元件，并在LS SiN薄膜上沉積多晶硅電阻條作為應(yīng)力敏感元件。為提高壓力傳感器的輸出靈敏度，將彈性薄膜設(shè)計為長矩形。為充分利用多晶硅

3、電阻的縱向壓阻效應(yīng)，將一對電阻條的一部分放到了薄膜的外面，以保證這兩個電阻盡量處于膜的拉應(yīng)力區(qū)域，將另一對電阻布置在膜的中心位置，完全處于膜的壓應(yīng)力區(qū)域。受壓時，薄膜彎曲變形，帶動一對電阻被拉伸，阻值變大，另一對電阻被壓縮，阻值變小，在輸入電壓的作用下，可在惠斯通電橋輸出端檢測出與外加壓力成一定關(guān)系的輸出電壓。同時在多晶硅電阻條的拐彎段開接觸孔，濺射金屬層，減小電阻的負(fù)壓阻效應(yīng)。
　　在激勵電壓3V供電時，測試設(shè)計量程為60 kP