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SOI高温压力传感器设计及制备技术研究

作　者: 王伟
导　师: 熊继军; 梁庭
学　校: 中北大学
专　业: 物理电子学
关键词: 压力传感器 SOI 耐高温设计 MEMS工艺制备
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

在高温恶劣环境下，气体压力参数的敏感测试由于敏感头的机械结构功能退化、连接引线高温失效等问题，是无法进行实时动态测量的。因此，要对压力传感器进行高温设计，从敏感头材料到连接线材料，及至封装管壳的选取，都要使用在高温下性能仍然稳定的材料，而且要从整个传感器设计上，采用耐高温的设计，以确保压力传感器能够在高温下稳定正常工作。本文采用SOI材料作用敏感头材料，使敏感头在高温下避免了本征半导体被激发，而导致的PN结反向导通的问题；采用MEMS工艺加工的方法，确保了SOI压力传感器敏感头机械性能的稳定和机械结构的可靠性；以耐高温金属材料作为金属引线材料，使压力传感器在封装上能够耐得住高温恶劣环境的影响；使用与传感器热膨胀系数似的陶瓷管壳作为封装管壳，降低了压力传感器在高温下热应力，提高了压力传感器在高温恶劣环境下稳定性与灵敏度。根据上述高温压力传感器的设计思路，在高温压力传感器的设计过程中，采用理论与仿真并行的方法，将传感器按结构进行分部分研究，得到了传感器的各个部分适合高温恶劣环境下工作的设计方案。经过MEMS工艺制备和封装，得到高温压力传感器的样机，根据测试结果，得到了本文提出的SOI高温压力传感器的性能参数和最高稳定工作温度点，为后续制作耐更高温度的压力传感器提供了理论和参考依据。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-12
  1.1 课题的研究目的及意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9
  1.3 课题的主要研究内容  9-12
2 SOI 压阻式压力传感器的设计及仿真  12-38
  2.1 SOI 压阻式压力传感器及其工作原理  12-18
    2.1.1 压阻效应  12
    2.1.2 压阻系数与应力张量  12-17
    2.1.3 SOI 压力传感器  17-18
  2.2 弹性膜片设计  18-22
  2.3 压敏电阻设计及计算  22-26
    2.3.1 压敏电阻的理论计算  22-25
    2.3.2 掺杂浓度对压敏电阻的影响  25-26
    2.3.3 功率对压敏电阻的影响  26
  2.4 传感器总体设计及仿真  26-36
    2.4.1 传感器结构设计  26-29
    2.4.2 仿真  29-33
    2.4.3 仿真结果与理论计算结果的比较  33-36
  2.5 本章小结  36-38
3 传感器的高温设计  38-46
  3.1 弹性膜片  38-42
  3.2 金属引线  42-43
  3.3 压阻的高温设计  43-44
  3.4 本章小结  44-46
4 SOI 高温压力传感器关键工艺技术研究  46-56
  4.1 工艺流程设计  46-48
  4.2 关键工艺技术研究  48-54
    4.2.1 掺杂  48-49
    4.2.2 刻蚀技术  49-51
    4.2.3 欧姆接触  51-52
    4.2.4 阳极键合  52-54
  4.3 本章小结  54-56
5 高温压力传感器的封装与测试  56-64
  5.1 封装  56-59
  5.2 传感器测试  59-63
    5.2.1 传感器常温测试  59-61
    5.2.2 传感器高温测试  61-63
  5.3 本章小结  63-64
6 总结  64-66
参考文献  66-69
攻读硕士期间发表论文情况  69-70
致谢  70-71

SOI高温压力传感器设计及制备技术研究

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