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上海申思特自動化設備有限公司

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MEMS技術納米多晶硅薄膜E+E壓力傳感器

2016-12-16  閱讀(1374)

MEMS技術納米多晶硅薄膜E+E壓力傳感器
隨著納米技術發展,納米多晶硅薄膜表現出優異的壓阻特性,基于MEMS技術在100晶向單晶硅襯底上設計、制作納米多晶硅薄膜E+E壓力傳感器。通過采用LPCVD法在SiO2層上制備納米多晶硅薄膜,薄膜厚度分別為61nm、82nm、114nm和170nm,通過XRD和SEM,研究薄膜厚度和退火溫度對納米多晶硅薄膜微結構特性的影響,XRD測試結果表明,納米多晶硅薄膜在111晶向、220晶向和311晶向形成硅衍射峰,擇優取向為220晶向,隨著薄膜厚度增加,硅衍射峰強度增強,隨著退火溫度升高,衍射峰強度增強,晶粒尺寸增大;SEM測試結果表明,薄膜表面均勻,平整度較好,當薄膜厚度為61nm時,晶粒尺寸約為40nm,隨著膜厚增加,晶粒尺寸增大。基于壓阻效應,在C型單晶硅杯上設計四個納米多晶硅薄膜電阻,構成惠斯通電橋結構,當外加壓力P≠0kPa時,硅膜發生彈性形變,引起納米多晶硅薄膜電阻阻值發生變化,橋路輸出電壓發生改變,實現對外加壓力的檢測。通過采用MEMS技術和LPCVD方法,實現尺寸為5mm×5mm的納米多晶硅薄膜E+E壓力傳感器芯片的制作。在室內環境溫度為20℃,相對濕度為15%RH的條件下,采用壓力校準系統(Fluke719100G)、數字萬用表(Agilent34401A)、恒壓源(Rigol DP832)及高低溫濕熱試驗箱(GDJS-100G)對納米多晶硅薄膜E+E壓力傳感器進行測試。實驗結果表明,當工作電壓VDD=5.0V時,薄膜厚度為170nm,硅膜厚度為56μm,壓敏電阻長寬比為320μm/80μm的E+E壓力傳感器,其滿量程(400kPa)輸出電壓為128.10mV,靈敏度為0.31mV/kPa,線性度為0.38%F.S.,重復性為0.19%F.S.,遲滯為0.15%F.S.,準確度為0.46%F.S.,在-40℃~150℃環境溫度下,靈敏度溫度系數為-0.099%/℃,相同條件下,硅膜厚度為47μm的E+E壓力傳感器,靈敏度可達到0.45mV/kPa。 

MEMS技術納米多晶硅薄膜E+E壓力傳感器
實驗結果表明,本文設計、制作的納米多晶硅薄膜E+E壓力傳感器能夠實現對壓力的檢測,具有良好的壓敏特性和溫度特性,為E+E壓力傳感器在提高靈敏度和改善溫度特性方面的研究奠定基礎。



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