硅微谐振试压力传感器设计与制作

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硅微谐振式压力传感器是最近刚发展起来的具有灵敏度高、性能稳定、体积小、功耗低等优点的新型传感器件,其输出的频率信号可直接与数字接口相连,克服了传统压阻式压力传感器抗干扰性差的缺点。论文首先根据传统的谐振式压力传感器的理论思想,提出了两种不同谐振梁结构的谐振式压力传感器:SiO2-Si3N4-SiO2复合谐振梁结构和Si3N4对角谐振梁结构。两种结构都选用电热激励-压阻拾振方法,复合梁结构的激励电阻以及拾振电阻采用多晶硅电阻,对角梁结构的激励电阻以及拾振电阻采用铂电阻。以固支梁的力学和振动学理论为基础,深入剖析了谐振式压力传感器的模型。采用ANSYS软件建立谐振式压力传感器的仿真模型,并对建立的模型进行了电热、模态以及谐响应有限元分析,确定了芯片的最优结构尺寸,有限元分析结果表明,对于确定尺寸的SiO2-Si3N4-SiO2复合梁结构的谐振式压力传感器灵敏度达到了63.5Hz/KPa,对于确定尺寸的Si3N4对角梁结构的谐振式压力传感器灵敏度为16.24Hz/KPa。基于MEMS加工工艺,设计了SiO2-Si3N4-SiO2复合谐振梁结构和Si3N4对角谐振梁结构制作工艺流程,制作工艺中发现多晶硅牺牲层技术能够更好的得到复合梁结构,通过各向异性腐蚀技术制作的对角梁结构工艺简单。最后,简单介绍了谐振式压力传感器的封装设计以及测试电路设计。
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