射频微机械CPW开关的研究

本文采用聚酰亚胺牺牲层技术和二氧化硅介质隔离技术,成功地在绝缘多晶硅衬底上研制出一种射频微机械CPW开关.初步测试结果如下:开态电容为0.21pF,关态电容为6.1pF,致动电压为22V,关态下的隔离度为35dB,开态下插入损耗为3dB.该工艺完全与硅基IC工艺兼容,这为射频微机械CPW开关与IC实现单片集成化,降低体积提高可靠性打下了基础.     

新型双向电容式MEMS加速度计特性分析

文章研究了一新型的栅形条电容MEMS加速度计,通过新型结构设计降低了传感器的机械噪声和电子噪声。用软件ANSOFT-Maxwell对栅形条电容的宽度、厚度及叠加宽度对检测电容的影响进行了分析。用深度离子刻蚀工艺和硅-玻璃键合工艺制作了传感器,初步测试结果表明其在X和Y方向的灵敏度分别为0.53pF/g 、0.49pF/g。制作的栅形条谐振子在大气下的品质因子达到514,说明栅形条结构可大大降低机械噪声。     

加速度传感器信号处理集成电路的研制

设计并制作了一种用于差分电容式加速度传感器的信号处理电路.该电路具有模拟和脉宽调制两种输出方式,能够将差分电容的变化通过模拟电平和输出脉冲信号的占空比表征,实现了对差分电容式加速度传感器信号的测量.电路中集成了自检测驱动单元.电路采用4 μm P阱CMOS工艺制作.初步测试结果表明:在1～5 pF内,电路的灵敏度为10.7 V/pF,可满足大多数差分电容式传感器信号处理的要求.     

基于低压CMOS工艺的新型负电压型电荷泵电路

采用UMC 0.18 μm 1.8 V/3.3 V CMOS工艺设计并流片验证了一个应用于生医刺激器的新型负电压型电荷泵电路.介绍了几种典型的负电压型电荷泵电路,比较其优缺点,在此基础上设计了一个新型4级交叉耦合型负电压电荷泵.和现有的结构相比,该电路在启动过程和工作过程中都不存在过压问题,器件任意两端口之间的电压均小于电源电压VDD,同时降低了MOS器件衬底效应、反向漏电流对电荷泵效率的影响.电荷泵的电容采用MIM电容,升压电容为50 pF,输出电容为100 pF.芯片面积为2.3 mm×1.3 mm,测试结果表明负电压型电荷泵电路输出电压为-10.3 V,系统最高效率为56％.当输出电流为3.5 mA时,输出电容为100 pF时,纹波电压为150 mV.     

一种硅四层键合的高对称电容式加速度传感器

提出了一种利用体微机械加工技术制作的硅四层键合高对称电容式加速度传感器.采用硅/硅直接键合技术实现中间对称梁质量块结构的制作,然后采用硼硅玻璃软化键合方法完成上、下电极的键合.在完成整体结构圆片级真空封装的同时,通过引线腔结构方便地实现了中间电极的引线.传感器芯片大小为6.8mm×5.6mm×1.68mm,其中敏感质量块尺寸为3.2mm×3.2mm×0.84mm.对封装的传感器性能进行了初步测试,结果表明制作的传感器漏率小于0.1×10-9cm3/s,灵敏度约为6pF/g,品质因子为35,谐振频率为489Hz.     

一种格栅状上电极的CMOS工艺聚酰亚胺电容型湿度传感器

报道了采用标准CMOS工艺制作的格栅型上电极的电容型湿度传感器,采用高分子材料聚酰亚胺作为感湿介质,铝作为金属电极.对该湿度传感器的器件结构、制作工艺和传感器特性,如灵敏度、湿滞以及响应时间等进行了讨论.测试结果表明,在12%～92%的湿度范围内,电容一相对湿度曲线具有良好的线性度,灵敏度为0.9 pF/RH,响应时间...     

一种硅四层键合的高对称电容式加速度传感器

提出了一种利用体微机械加工技术制作的硅四层键合高对称电容式加速度传感器.采用硅/硅直接键合技术实现中间对称梁质量块结构的制作,然后采用硼硅玻璃软化键合方法完成上、下电极的键合.在完成整体结构圆片级真空封装的同时,通过引线腔结构方便地实现了中间电极的引线.传感器芯片大小为6.8mm×5.6mm×1.68mm,其中敏感质量块尺寸为3.2mm×3.2mm×0.84mm.对封装的传感器性能进行了初步测试,结果表明制作的传感器漏率小于0.1×10-9cm3/s,灵敏度约为6pF/g,品质因子为35,谐振频率为489Hz.     

新型磁驱动增大检测电容的高精度MEMS惯性传感器研究

增大传感器振子的质量和静态测试电容可以减小电容式MEMS惯性传感系统的噪声,而深度粒子反应刻蚀工艺由于复杂的工艺原因,当深宽比较大时,不能刻蚀出大质量和大初始电容的传感器.据此,本文研究了一种磁驱动增大检测电容的MEMS惯性传感器,通过电磁驱动器,传感器的静态测试电容可以大幅增加,在梳齿电容上刻蚀阻尼槽后,其机械噪声达到0.61μg每根号赫兹,仿真其共振频率为598Hz,静态位移灵敏度为0.7μm每重力加速度,基于硅 玻璃键合工艺,制作了栅形条电容式惯性传感器,并用电磁驱动的方式测试其品质因子达到715,从而验证了制作工艺的可行性和电磁驱动器改变传感器初始静态测试电容的可行性.     

电容式加速度传感器设计及工艺加工北大核心

针对精确制导的应用需求,设计了一种量程为100g"三明治"电容式加速度传感器,通过ANSYS仿真软件在100g及10 000g高过载条件下进行应力分析和模态分析,并通过Matlab分析、优化结构参数从而确定传感器敏感结构的具体尺寸。利用阻抗分析仪分析得到了传感器的静态电容为14.09 pF,结构输出灵敏度为0.281 8 pF/g,传感器的输出灵敏度为13.5μV/g。根据结构特性设计工艺流程并进行关键工艺加工:硅基质量块双面湿法腐蚀、ICP干法刻蚀及玻璃通孔电镀工艺。最终,通过实验验证电容式加速度传感器设计的可行性。     

差动电容敏感式力学传感器的信号提取电路

通过对加速度计的研究,开发了一类利用差动电容敏感的力学传感器的信号检测电路。在电路中给出了所使用的电子元器件,并进行分析求解,给出了电路的输出电压和传感器信号拾取电容变化量之间的正比例关系。经过实验测试,当电容变化0.01 pF时,就有10 mV的输出电压。故该电路可以检测微弱电容的变化,特别是电容变化量为0.01~1.00 pF的小电容变化。     

基于光电池探测器的可见光通信系统无线供能技术研究

采用硅光电池阵列作为接收机探测器,在Matlab/Simulink环境中建立了可见光通信(VLC)系统模型,对硅光电池阵列的U-I特性和输出功率特性进行了仿真研究,同时研究了结电容和光照度对硅光电池响应带宽的影响.研究结果表明硅光电池结电容越小,响应带宽越大,硅光电池结电容为2 pF时,响应带宽最大可为10 MHz,满足无线通信和无线供能复用的可见光通信系统应用要求.     

CMOS工艺兼容的温湿度传感器

设计并制备了一个CMOS工艺兼容的温湿度传感器,讨论了感湿理论模型并用COVENTOR软件进行了模拟,给出了具体的结构参数及工艺制作步骤,最后对温湿度传感器进行了测量,对理论值和实际测量值做了比较并给出了分析结果.结果表明,传感器在25℃时的灵敏度为0.015pF/%RH,从15%RH～95%RH,电容实际变化量为1.23pF.     

一种用于地震检波器的新型MEMS加速度传感器北大核心

设计了一种新型的可用于地震检波器的三明治结构MEMS电容式加速度传感器,采用四层硅-硅键合技术获得双面梁-质量块结构与圆片级真空封装,其具有大电容、高分辨率的特点。传感器采用悬臂梁结构减少高温键合过程中热蠕变带来性能影响,并具有良好的抗冲击性。传感器芯片体积为6.3 mm×5.6 mm×2.2 mm,其中敏感质量块尺寸为3.3 mm×3.3 mm×1.0 mm。对封装后的传感器性能进行了初步测试,结果表明,制作的传感器灵敏度达24.4 pF/g,谐振频率为808 Hz,Q值为22,在2 000 g,0.5 ms加速度冲击后仍能正常工作。接入闭环电路进行重力场静态翻滚实验标定,传感器二阶非线性小于0.2%,交叉轴敏感度小于0.07%。     

硅基铝T形梁MEMS可变电容的设计与模拟

提出了一种新颖的运用于射频通信系统VCO中的RFMEMS可变电容。该电容使用平行板和T形梁结构,使用硅衬底,整个结构由铝材料组成,结构简单,与集成电路工艺兼容,从而能够实现片上可变电容。通过静电力驱动上极板向下运动,电容值相应地发生改变,当上极板加电压从2.4V变化到4.3V时,电容值从0.25pF变化到0.33pF,变化率为中心电容的27%。使用Coventor软件对该器件进行了模拟,给出的模拟结果包括容量、调节范围、瞬时响应、Pullin电压和运用该可变电容的VCO的电路模拟。     

三自由度介电型EAP软材料位置传感器研究

基于介电型电活性聚合物(EAP)变形时的电容值变化原理,设计并实现一种三自由度软材料位置传感器,其内框可沿平面和法向移动,分别用于检测平面和法向位移。建立该传感器的几何模型,推导出其电容值变化和内框位移的关系。采用差分法测试该传感器的电容值变化,分析了面对面两个传感单元的电容值差和内框的平面位移、单个传感单元的电容值和内框的法向位移之间的关系,测试得到其平面和法向位移灵敏度分别为66.69pF/mm、0.47pF/mm~2,与理论分析结果较吻合。该位置传感器的理论与测试分析结果验证了介电型EAP应用于位置传感器中的可行性。     

加速度传感器信号处理集成电路的研制

设计并制作了一种用于差分电容式加速度传感器的信号处理电路。该电路具有模拟和脉宽调制两种输出方式 ,能够将差分电容的变化通过模拟电平和输出脉冲信号的占空比表征 ,实现了对差分电容式加速度传感器信号的测量。电路中集成了自检测驱动单元。电路采用 4 μmP阱CMOS工艺制作。初步测试结果表明 :在 1～ 5 pF内 ,电路的灵敏度为 10 .7V/ pF ,可满足大多数差分电容式传感器信号处理的要求。     

多晶硅衬底上的RF MEMS开关

在微机械开关与硅IC工艺设计和兼容方面进行了改进,获得了一种可与IC工艺兼容的RF MEMS微机械开关.采用介质隔离工艺技术把这种RF MEMS微机械开关制作在绝缘的多晶硅衬底上,实现了与IC工艺兼容;采用在金属膜桥的端点附近刻蚀一些孔的优化方法,降低了RF MEMS微机械开关的下拉电压.用TE2819电容测试设备测试开关的电容,测得开关的开态电容、关态电容和致动电压分别为0.32pF、6pF和25V.用HP8753C网络分析仪对RF MEMS微机械开关进行了RF特性测试,得出RF MEMS微机械开关在频率1.5GHz下关态的隔离度为35dB,开态的插入损耗为2dB,用示波器测得该开关的开关速度为3μs.     

片上皮法级电容测试系统专用标准件的研制

研制了一套用于片上皮法级电容测试系统的电容标准件,量值低至1 pF,频率达到1 MHz。该电容标准件采用GaAs衬底,金属-绝缘层-金属(MIM)结构的电容器阵列实现,其标称值分别为1,10和100 pF。为了消除由探针系统和外界环境引入的分布电容的影响,在芯片同一单元内设计了在片开路器,电容测量准确度达到±1%。建立了在片皮法级电容测量模型,利用组建的可溯源在片定标装置对电容样片定标后,进行重复性和稳定性考核,最终研制出年稳定性小于0.4%的电容标准件一套。测量结果及标准件应用表明,研制的标准件可为片上皮法级电容测试系统进行现场整体校准。     

频率式硅电容压力传感器的研究

本文对频率输出的硅微机械结构电容压力传感器进行了研究。利用有限元程序和解析方式对岛－膜硅电容膜片进行了分析。采用硅体型微机械加工技术和集成电路兼容工艺完成了压力元件的制作。对易于ＣＭＯＳ集成的两种新颖的接口电路进行了分析和设计，提高了传感器的性能。     

多晶硅衬底上的RF MEMS开关

在微机械开关与硅IC工艺设计和兼容方面进行了改进,获得了一种可与IC工艺兼容的RFMEMS微机械开关.采用介质隔离工艺技术把这种RFMEMS微机械开关制作在绝缘的多晶硅衬底上,实现了与IC工艺兼容;采用在金属膜桥的端点附近刻蚀一些孔的优化方法,降低了RFMEMS微机械开关的下拉电压.用TE2 819电容测试设备测试开关的电容,测得开关的开态电容、关态电容和致动电压分别为0 32 pF、6 pF和2 5V .用HP875 3C网络分析仪对RFMEMS微机械开关进行了RF特性测试,得出RFMEMS微机械开关在频率1 5GHz下关态的隔离度为35dB ,开态的插入损耗为2dB ,用示波器测得该开关的开关