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[学位]

MEMS 压阻式压力传感器芯片及其温漂特性的研究

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Author:

万飞 (万飞.)

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学位论文库

Abstract:

温度是造成压阻式压力传感器输出不稳定性的关键因素,本论文从基础理论入手,分析造成压阻式压力传感器芯片温度漂移的主要原因,发现压敏电阻条掺杂浓度及其分布是造成传感器芯片发生温度漂移的主要因素,但是对于掺杂浓度的分布,特别是掺杂以后二维方向浓度分布的相关研究较少。引起温度漂移的关键参数:电阻温度系数的理论模型计算值和实际测量值之间存在一定的偏差,这在一定程度上阻碍了温度漂移的优化设计。针对以上问题本论文开展研究工作,取得的主要结果如下:
通过Silvaco工艺仿真对掺杂以后的浓度分布进行了研究,建立起根据二维方向浓度分布及空穴迁移率分布计算压阻关键参数的数学模型,根据仿真工艺参数进行掺杂工艺试验,验证了计算方法的正确性。通过对二维方向压阻关键参数的分析研究,发现掺杂以后边缘轮廓的浓度分布是造成传感器芯片零点漂移的主要原因,对于灵敏度温度漂移影响不大。据此提出压敏电阻条采用浮雕式结构,对零点温度漂移进行优化,掺杂方式采用浓掺方式对灵敏度温度漂移进行优化,根据建立的数学模型验证了设计的合理性。
基于弹性力学及板壳理论,分析了典型平膜小挠度变形时面临的灵敏度与线性度之间不能同时优化的矛盾。采用刚度高的岛区将应力集中在膜区,保证足够高的应力,同时减小压阻条所在膜区的位移,从而提升传感器的线性度。采用有限元分析软件对岛膜的结构尺寸进行了优化设计。对浮雕式压敏电阻条长度、宽度、弯折数等关键参数进行了优化设计,最终使芯片的灵敏度输出达到0.287mV/kPa,非线性误差为 0.017%FS,达到设计要求。
设计版图,对传感器芯片的关键制备工艺:浓硼掺杂、压阻条刻蚀、背腔腐蚀等进行了工艺试验。解决了试验中的关键技术难点,确定了浓硼掺杂及压阻条刻蚀的重要工艺参数。根据凸岛方形补偿块各向异性腐蚀时的轮廓变化设计补偿版图,完成背腔腐蚀试验。对制备得到的芯片进行了晶圆级的测试与分析,测试结果表明传感器芯片压敏电阻阻值高度一致,误差控制在了1%以内,一次及二次电阻温度系数高度一致,零点温漂为0.0472%FS/℃,零点时漂稳定在0.3-0.5mV之间,芯片的温度漂移得到了有效改善。

Keyword:

掺杂浓度 温度漂移 压阻 有限元 制备工艺

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学材料科学与工程学院

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Basic Info :

Degree: 工程硕士

Mentor: 孙巧艳

Year: 2018

Language: Chinese

Cited Count:

WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 44

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