一種新型集成靜電場微型傳感器的研究.pdf

1、環(huán)境電場檢測系統(tǒng)的應(yīng)用涉及航空、航天、國防、氣象、電力等多個領(lǐng)域。而在大氣電學(xué)研究和雷電氣象預(yù)報(bào)中環(huán)境電場的檢測更是具有十分重要的作用。根據(jù)感應(yīng)原理的不同，靜電場傳感器主要分為電荷感應(yīng)式和光學(xué)式電場傳感器。而基于MEMS技術(shù)的微型電場傳感器具有體積小、重量輕、功耗低、便于與其它傳感器集成和批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。因此微型電場傳感器的制造成本和使用成本都大大低于普通電場傳感器，便于推廣和應(yīng)用，具有很大的潛在市場。本文研究的電場傳感器是基于靜態(tài)感應(yīng)

2、結(jié)構(gòu)的靜電場微型傳感器。 首先回顧了電荷感應(yīng)式和光學(xué)式電場傳感器的發(fā)展過程，并給出了當(dāng)前國內(nèi)外電場傳感器的最新進(jìn)展。通過對MIS結(jié)構(gòu)原理及電場中的半導(dǎo)體的研究，提出了一種新型的靜態(tài)感應(yīng)電荷的靜電場微型傳感器。其工作原理就是溝道表面將感應(yīng)外界電場而使溝道電流發(fā)生變化，如外界電場入射n型溝道時，溝道電流隨外界電場的增大而增大。與動態(tài)感應(yīng)結(jié)構(gòu)的電場傳感器相比，靜態(tài)感應(yīng)結(jié)構(gòu)的電場傳感器的最大優(yōu)點(diǎn)就是工藝簡單、性能穩(wěn)定和更易于集成化。然后

3、推導(dǎo)了此基本感應(yīng)結(jié)構(gòu)的溝道電流隨外界電場變化的關(guān)系式。接著在軟件MEDICI中模擬了1000V/m外界電場時不同溝道長度、不同注入深度及注入濃度的結(jié)構(gòu)的溝道電流、感應(yīng)電流的變化情況，得到的模擬結(jié)果與理論推導(dǎo)的公式符合得很好。模擬結(jié)果顯示溝道長2.0μm，溝道注入深度為0.16μm，且溝道注入濃度為2×10<'16>cm<'-3>的感應(yīng)結(jié)構(gòu)在0．1V電壓和1000V/m的外場下，其電場感應(yīng)電流為7nA，感應(yīng)電流與溝道電流比值為0.16‰。

4、然后具體分析了環(huán)境溫度的變化和空間離子輻射對基本感應(yīng)結(jié)構(gòu)所造成的影響。針對基本感應(yīng)結(jié)構(gòu)會受環(huán)境溫度的影響，設(shè)計(jì)了橋式結(jié)構(gòu)。理論計(jì)算證明，橋式靜電場感應(yīng)結(jié)構(gòu)的輸出電壓與外界電場成線性關(guān)系，并且能很好的抑制溫漂。為了減小空間離子輻射對基本感應(yīng)結(jié)構(gòu)的影響，設(shè)計(jì)了SOI抗輻射結(jié)構(gòu)及微加工抗輻射結(jié)構(gòu)。第四章中給出了基本感應(yīng)結(jié)構(gòu)、SOI電場感應(yīng)結(jié)構(gòu)及微加工電場感應(yīng)結(jié)構(gòu)的工藝流程和在軟件L—edit中繪制的橋式結(jié)構(gòu)的版圖結(jié)構(gòu)。文章的最后對本文所做工作