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基于SOI材料的微压传感器研究与设计

作　者: 刘野
导　师: 李新
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 硅微压传感器岛-膜结构 SOI晶圆
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 45次
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内容摘要

目前,量程在1KPa以下的硅微压传感器大多数需要从国外进口。微压传感器对制造工艺水平要求高,工艺水平低是限制硅微压传感器性能水平的主要因素。开展低量程硅微压传感器的工艺研究,有利于提高制作硅微压力传感器的技术水平,促进相关产业的快速发展。为解决硅微压传感器制作过程中存在的问题,首先,分析了不同弹性体结构的优缺点,并结合国家传感器工程中心的现有技术水平和工艺条件,确定采用岛-膜型压力敏感结构。其次,使用有限元分析软件建立了传感器芯片结构模型,分析了芯片表面受压力时的应力分布情况,对敏感元件的结构参数进行了优化设计,确定了芯片的结构尺寸。同时,基于键合再减薄技术制作的SOI晶圆材料,设计了器件的MEMS工艺流程,主要包括半导体平面工艺和各向异性腐蚀工艺,着重解决了膜区厚度的精确控制和凸角补偿等难点。最后,对敏感芯片进行封装,采用静电封接技术完成芯片与玻璃衬底键合,利用超声压焊机完成引线键合,传感器采用固态隔离膜片结构,借助于隔离膜片和隔离液的作用将传感器芯片与外界环境隔离。利用气体气压计对传感器进行标定,在全量程范围内(0～1KPa)对传感器连续进行了3个压力循环测试,采用最小二乘法对数据进行处理,结果表明,传感器输出灵敏度大于60mV/KPa,非线性小于0.1﹪FS,精度小于0.5﹪FS,具有较高的灵敏度和较好的性能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
第一章绪论  8-12
  1.1 课题研究的意义  8
  1.2 微压传感器的发展现状  8-11
  1.3 课题的主要工作  11-12
第二章微压传感器的结构设计  12-32
  2.1 微压传感器工作原理  12-23
    2.1.1 硅材料的压阻效应  13-20
    2.1.2 平面应力场中电阻器的压阻效应  20-23
  2.2 微压传感器的敏感元件的有限元模拟分析  23-30
    2.2.1 有限元分析软件的介绍  23-25
    2.2.2 敏感元件结构的有限元模拟  25-29
    2.2.3 有限元模拟结果分析  29-30
  2.3 敏感元件结构的参数设计  30
  2.4 封装结构设计  30-32
第三章微压传感器的工艺设计  32-46
  3.1 晶圆材料的选择  32-35
  3.2 芯片工艺流程  35-39
  3.3 几个关键工艺  39-43
  3.4 加工工艺中的难点及解决方法  43-46
第四章微压传感器的测试及结果分析  46-50
  4.1 传感器的静态特性  46-48
  4.2 传感器的测试及结果分析  48-50
第五章结论  50-51
参考文献  51-53
在学研究成果  53-54
致谢  54

基于SOI材料的微压传感器研究与设计

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