CMOS二氧化錫氣體傳感器和系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì).pdf

1、二氧化錫氣體傳感器是利用二氧化錫半導(dǎo)體表面對氣體分子(原子)的物理吸附和化學(xué)吸附原理設(shè)計(jì)的一種檢測氣體濃度的化學(xué)器件，這種傳感器具有很廣的氣體監(jiān)測范圍，可以對氧化性氣體(氧氣、水氣、乙醇)也可對還原性氣體(氫氣、一氧化碳、硫化氫)進(jìn)行檢測，因此它在化工、化學(xué)、環(huán)境保護(hù)以及生物醫(yī)療方面都有廣闊的前景。 然而傳統(tǒng)的氣體傳感器是以陶瓷為基底，結(jié)合絲網(wǎng)燒結(jié)方式制作的，造成了器件的成本昂貴，不能批量生產(chǎn)，降低了傳感器的實(shí)用性；隨著硅技術(shù)的

2、快速發(fā)展，利用與標(biāo)準(zhǔn)CMOS兼容的制造技術(shù)來實(shí)現(xiàn)SnO2gassensor是目前研究的熱點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)是將傳感器部分和信號(hào)處理電路集成在同一個(gè)芯片上，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的集成，從而降低了成本，減少了外界信號(hào)對器件的干擾，提高了器件對氣體的靈敏性和可靠性，減少了整個(gè)系統(tǒng)的芯片尺寸。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)作為一個(gè)強(qiáng)有力的設(shè)計(jì)工具在集成電路設(shè)計(jì)和模擬分析中發(fā)揮了很重要的作用，可以用Candence中的Hspice模擬軟件對器件和信號(hào)電路進(jìn)行模擬仿真分析

3、，用Ansys軟件對氣體傳感器器件模型進(jìn)行物理模擬分析，從而構(gòu)成系統(tǒng)的集成；目前對sensor的Hspice仿真和參數(shù)提取仍然難于實(shí)現(xiàn)。 本文從二氧化錫半導(dǎo)體的表面吸附基本原理出發(fā)，通過ANSYS對器件的物理仿真模擬確定器件的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的參數(shù)，并且結(jié)合CMOS工藝對多種電阻材料(poly、n+擴(kuò)散層、P+擴(kuò)散層、n阱)的特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，選擇出傳感器所需要的加熱電阻；在POST-CMOS工藝中比較各種刻蝕液選擇出適合本設(shè)計(jì)的腐蝕

4、劑和器件的其它各層；最后對信號(hào)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括信號(hào)選擇電路(Decoder)和放大電路，給出相關(guān)設(shè)計(jì)的參數(shù)和仿真結(jié)果，并且給出設(shè)計(jì)的其它放大電路的電路圖。在工藝上，我們制作SnO2gassensorandcircuit采用TSMC0.6μm1P3MCMOS工藝，然后再用POST-CMOS進(jìn)行器件的后刻和濺鍍二氧化錫薄膜，完成整個(gè)系統(tǒng)的制作。 本設(shè)計(jì)完成了標(biāo)準(zhǔn)CMOS制作SnO2gassensorandcircuit的系統(tǒng)的整個(gè)