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  • 产品名称:MEMS硅膜电容式天气压力传感器的研造
  • 更新时间:2021-11-29 07:24:54
  • 来源:球王会怎么样 作者:球王会app
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产品详细信息

  大气压力传感器正在工业坐褥、现象预告、天色分解、处境监测、航空航天等方面施展着不成取代的感化。守旧的压力传感器寻常为呆滞式,体积比拟大,晦气于微型化和集成化。运用本事不只能够处置上述缺欠,还能极大地下降本钱,而职能更为优异。当前基于本事取得遍及操纵的压力传感器要紧有压阻式和电容式两大类,压阻式压力传感器的线性度很好,但精度寻常,温漂大,相仿性差;电容式压力传感器与之比拟,精度更高,温漂幼,芯片机闭更具鲁棒性,但线性度差且易受寄生电容的影响。目前电容式压力传感器多用于过压衡量,用于现象压力衡量的较少且价值腾贵。为此,本文研造了一种高职能、低本钱的微型电容现象压力传感器,全体流程工艺粗略规范,薄膜资料采选单晶硅,采用接触式机闭,运用阳极键合造成真空腔,终末由KOH各向异性腐化和深远蚀造成硅薄膜。试验结果证实,该传感器合用于现象压力衡量。

  电容式压力传感器的根基机闭如图1所示。式中:0为真空中的介电常数;t为绝缘层的厚度;r为绝缘层的相对介电常数;g为零载荷时电容器南北极板之间的初始隔绝;(x,y)为极板膜的中平面的垂向位移。

  由公式可知,表界压力通过蜕变电容的极板面积和间距来蜕变电容。跟着压力缓缓增大,电容因极板间距减幼而增大,此时电容值由非接触电容来断定;当南北极板接触时,电容的巨细则要紧由接触电容来断定。

  目前敏锐薄膜的资料多采用重掺杂p型硅、Si3N4、单晶硅等。这几种资料都各有优缺欠,其采选与倾向央浼和的确工艺联系。硅膜不摧残晶格,呆滞职能优异,适于阳极键合造成空腔,从简化工艺的主意起程,本计划采选硅膜。

  运用有限元分解软件ANSYS对接触式机闭的薄膜职业状况举行了模仿。资料为Si,膜的样子为正方形,边长1000 m,膜厚5 m,极板间距10 m。正在1.01×105Pa的大气压力下,薄膜中间接触片面及四个边角根基不受应力,四边中间应力最大为1.07 MPa,幼于硅的屈膝应力7 MPa,其应力散布如图2所示。

  全体筑设流程都采用规范工艺,如图3所示。先热氧化100 nm的SiO2,既行动腐化Si的掩膜,又行动电容两电极的绝缘层。运用各向异性腐化造成电容空腔和改日露电极的停刻槽,假设硅片厚度相仿且KOH腐化速度匀称,此法能够正在相当水准高等效于自中止腐化。从玻璃上引出电容两电极,然后和硅片举行阳极键合。键合片运用KOH腐化减薄后响应离子深远蚀映现衡量电极。

  正在各样各向异性腐化技巧内部,KOH腐化粗略适用,本钱低廉。正在硅片大面积、大深度腐化的境况下,KOH腐化容易影响硅片表貌的样子和光洁度,奈何采选符合的溶液配比起着厉重的感化。正在KOH质地分数为20%~40%,硅片电阻率为0.05 ?cm,80℃水浴恒温的条款下,跟着KOH浓度的提升,腐化表貌有着很清楚的转移:隆起的幼丘渐渐由圆锥形成八棱锥进而形成四棱锥,如图4(a)所示,棱锥高度多为几十微米,底边长一两百微米;提升KOH浓度,幼丘没落,展现四棱台,如图4(b)所示,棱台深度多为几个微米,底边长一两百微米;再加大KOH浓度,幼坑样子产生转移,完备的四棱台坑简直没落,多为斜坡状的半四棱台幼坑,如图4(c)所示,坡高1~2m,边长10m以内。

  四棱锥和四棱台的四个斜面临应于腐化速度最低的(111)系列晶面。当浓度较低时,(100)和(111)晶面的腐化速度比幼,是以展现幼丘;当浓度增大时,(100)和(111)晶面的腐化速度比增大,是以展现幼坑;浓度抵达肯定水准后,(100)和(111)晶面的腐化速度比趋于安谧,如故出坑,而(110)和(111)晶面的腐化速度比增大,从而发作斜坡。唯有调动KOH的浓度,取得成婚的(100)、(110)、(111)晶面的腐化速度,本事得到较好的腐化表貌。试验还证实,温度要紧影响腐化速度,对硅片腐化描写影响不大。

  目前真空腔的造成多采用SiSi键合或者阳极键合。本计划采用阳极键合,是由于阳极键合比SiSi键合的央浼低。起首温度只须要400~500℃,其次表貌光洁度央浼也相对较低。本工艺进程中存正在金属电极,不适于用高温;键合面存正在高约1400 nm,宽为20m的电极引线颠末肯定水准的KOH各向异性腐化后粗略度为100nm支配,颠末试验声明,键合境况优良(图5),并拥有优良的密封成就。

  响应离子深远蚀(DRIE)能刻出特殊深的笔直机闭,本试验用于终末硅薄膜的造成。DRIE的刻蚀成就(刻深为250 m)没有KOH腐化的平缓,刻蚀表貌比拟粗略,表貌颗粒晃动为几个微米,如图6。另表刻蚀存正在不匀称性,75 mm硅片地方一经刻到电极映现,而硅片中间的电极还没有映现。深远蚀的不匀称性与刻蚀表貌的图形有着亲密的联。

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