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硅电容式差压传感器的研制

作　者: 李晔辰
导　师: 李和太
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 硅电容差压传感器 MEMS ANSYS
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
下　载: 245次
引　用: 1次
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内容摘要

硅电容式差压传感器在国际上刚刚崭露头角，在国内尚属空白，此项目被国家列为“十五”攻关课题，以填补国内空白，适应市场的大量需求。本文介绍了几种硅电容式差压传感器的设计方案，并且考察了仪表所现有的工艺条件和技术水平，比较各种方案对该传感器产业化的难易程度，最终确定了符合现有的工艺条件、易于产品化以及与其它产品生产相兼容的最佳方案。硅电容式差压传感器是在沈阳仪器仪表工艺研究所研制的，利用了MEMS的各种工艺。文中详述了相关工艺的原理、流程、优缺点、及工艺条件对传感器性能的影响等。例如，KOH溶液对硅的各向异性腐蚀，磁控溅射台制作光亮的铝膜，超声打孔机制作导压孔，静电键合装置对硅岛膜与玻璃极板的阳极封接等等。对试制的前期样品性能进行了测试，发现它的重复性、回差性、滞后性基本达到设计要求，但稳定性不太理想，有时间漂移的现象。通过查阅资料和反复试验，最终找到了影响稳定性的根源，并在工艺上可以得到解决，稳定性能有所提高。可以说成功地研制出了硅电容式差压传感器。在研制过程中，本文积累了大量的数据，曲线，图片以及各种相应的照片，它们为该传感器的研制提供了可靠的依据。另外，本文还利用ANSYS软件对方形硅岛膜进行了力学分析，表明硅岛膜在一定压力下岛上各点的挠度。随着岛尺寸的变小，岛膜能够越来越好地平行移动。同时，岛的尺寸还要受到其它限制，例如电容相对面积的大小，硅岛膜总体尺寸的大小等等。这为力敏元件的研制提供了理论依据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
引言  10-13
1 传感器的静态特性  13-21
  1.1 传感器的输入输出特性  13-15
  1.2 线性度  15-17
  1.3 其它静态特性  17-21
2 电容式压力传感器的基本理论  21-31
  2.1 电容结构的基本理论  21-26
    2.1.1 单电容结构  22-23
    2.1.2 双电容结构  23-26
  2.2 弹性力学的基本理论  26-31
    2.2.1 矩形平膜  27-29
    2.2.2 矩形岛膜  29-31
3 硅电容式差压传感器的设计方案  31-40
  3.1 传感器尺寸的设计  31-34
    3.1.1 技术指标  31
    3.1.2 中心膜片的设计  31-34
  3.2 工艺流程的设计  34-40
4 MEMS工艺及其原理  40-60
  4.1 硅的各向异性腐蚀  40-44
  4.2 制备薄膜  44-47
  4.3 静电键合  47-51
  4.4 硅硅直接键合  51-56
  4.5 其它工艺  56-60
5 测试的结果、分析及性能的改善  60-73
6 ANSYS在硅膜片设计中的应用  73-82
结论  82-83
参考文献  83-86
在学研究成果  86-87
致谢  87

硅电容式差压传感器的研制

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