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本论文主要针对MEMS硅压阻式压力传感器的模型建立、理论分析、设计优化等方面进行了系统的研究工作,对器件的模型、结构、参数、版图、加工工艺等进行了深入研究。
对MEMS压力传感器的分类和工作原理进行系统的描述,针对压力传感器芯片的研制需求提出了本论文的研究思路和主要内容。
通过将硅压阻式压力传感器系统分解为三个独立的子过程,使得对压力传感器中相互耦合的多种物理效应进行的分析过程得到了简化,从而在此基础上建立了硅压阻式压力传感器的理论模型,为对压阻式压力传感器进行理论分析和研究提供了基础和手段。
利用建立的硅压阻式压力传感器的理论模型,对压力传感器的三项主要性能指标:灵敏度、非线性度和温度特性进行了深入分析,对影响这三项性能指标的传感器参数进行了设计优化,提出了器件中硅膜的尺寸、形状,应变电阻的尺寸、形状、布置位置、掺杂浓度分布的设计依据。
对于不同工艺手段(体硅工艺和SOI工艺)以及不同器件硅膜形状(正方形硅膜和圆形硅膜)的硅压阻式压力传感器进行了版图的设计和说明,并分别设计和分析了相应的加工工艺流程。
对于硅压阻式压力传感器加工过程中的关键工艺(硅膜制备)进行了优化,对于不同硅膜形状采用的不同加工工艺分别进行了分析和系统设计:通过设计KOH腐蚀深度实时监控系统,提高了对正方形硅膜进行制备时对硅膜厚度精度的控制能力;通过设计HNA腐蚀搅拌系统,提高了对圆形硅膜进行制备时对硅膜厚度均匀性的控制能力。