微米纳米学会推荐-基于电学修正多晶硅纳米薄膜的压力传感器

为了进一步提高多晶硅纳米薄膜压力传感器的性能,本文使用80nm厚度的多晶硅纳米薄膜作为压力传感器的压敏电阻,设计制作了一款压力传感器。压力传感器制备封装完毕后,利用电学修正技术使多晶硅纳米薄膜压敏电阻更精确地匹配。本文对压力传感器的制备流程进行了完整描述,在25℃至200℃的温度范围内,测试了压力传感器的性能。压力传感器的满量程为0.6MPa,在25℃和200℃时,灵敏度分别为22.19mV/V/MPa和18.30mV/V/MPa;在没有外界补偿的情况下,灵敏度的温度系数约为?0.10%/℃。在25℃和200℃时,失调分别是1.653mV和1.615mV, 失调的温度系数约为?0.013%/℃. 由于电学修正多晶硅纳米薄膜具有良好的压阻特性和温度稳定性,压力传感器表现出较好的性能。     

不同淀积温度多晶硅纳米薄膜的压阻特性

重掺杂多晶硅纳米薄膜具有较大的应变系数和良好的温度特性,是制作力学量传感器的理想压阻材料.为优化多晶硅纳米薄膜的压阻特性,就淀积温度对低压化学气相淀积多晶硅纳米薄膜的压阻特性的影响进行了实验研究.在扫描电镜观测和X射线衍射实验基础上,利用隧道压阻模型分析了薄膜结构和压阻特性的关系.结果表明薄膜结构对应变系数的影响非常显著,但对应变系数的温度特性影响却很小.综合淀积温度对压阻特性和电导特性的影响,多晶硅纳米薄膜的最佳淀积温度在620℃左右.     

多晶硅纳米薄膜电学特性的实验研究

用低压化学气相淀积(LPCVD)法淀积了膜厚为60～250nm的多晶硅纳米薄膜,研究了膜厚和掺杂浓度对多晶硅纳米薄膜电学特性的影响。结合扫描电镜(SEM)图片,在电阻率与电阻率温度系数测试结果的基础上,分析了膜厚和掺杂浓度对薄膜电学特性的影响。结果表明:重掺杂多晶硅纳米薄膜具有良好的温度特性,电阻率温度系数可达到1×10-4～3×10-4/℃的水平。     

多晶硅薄膜的结构与电学特性关系的研究

多晶硅薄膜的性质与膜的结构有密切关系。界面结构主要指晶粒尺寸、择优取向及其结构。多晶硅薄膜的结构主要由沉积条件、膜厚、掺杂条件和后来的退火温度和退火时间所决定。本文讨论了用常规低压化学汽相淀积（ＬＰＣＶＤ）方法制备的多晶硅薄膜的结构特性，初步获得了提高多晶硅压力传感器灵敏度及其温度稳定性的条件。     

多晶硅薄膜制备方法与压阻特性的研究

对磁控溅射和低压化学气相淀积(LPCVD)2种方法制备的多晶硅薄膜的电学和压阻特性进行了研究,并讨论了结晶化工艺对磁控溅射薄膜性质的影响。实验表明:LPCVD薄膜稳定性、重复性较好,应变系数可达到20以上;磁控溅射薄膜经适当结晶化工艺处理具有纳晶硅的结构特征,应变系数可达到80以上。利用扫描电镜(SEM)图片结合电阻率和应变系数的测试结果,讨论了2种方法制备出的多晶硅薄膜应用于压阻式力学量传感器的可行性。     

膜厚对多晶硅纳米薄膜压阻温度特性的影响

重掺杂多晶硅纳米薄膜具有良好的压阻温度特性,用它制作高温压阻式传感器灵敏度高、成本低,具有广阔的应用前景.为优化多晶硅纳米薄膜的压阻温度特性,本文采用低压化学气相淀积(LPCVD)技术制作了不同膜厚(30～250 nm)的多晶硅薄膜,分别测试了应变系数、薄膜电阻率与工作温度的关系.利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射实验(XRD)对薄膜进行了表征,在此基础上结合隧道压阻模型分析了膜厚对多晶硅薄膜压阻温度特性的影响,结果表明,对于淀积温度620℃、掺杂浓度2.3×1020 cm-3的多晶硅纳米薄膜,膜厚的最佳值在80 nm厚左右.     

多晶硅横向压阻灵敏度的统计分析

本文用统计方法对择优生长的多晶硅横向压阻进行了分析:计算了<100>、<110>、<111>、<211>、<221>、<311>、<331>等低指数晶向择优生长的P型和N型多晶硅横向平均晶粒压阻系数;采用全空间统计平均的方法,计算得到了晶向完全随机的多晶硅横向平均晶粒压阻系数;从欧姆定律和多晶硅晶粒特性出发,推导了多晶硅横向压阻灵敏度的表达式。通过实验测量了多晶硅横向压阻器件的灵敏度及其与角度的关系,证实多晶硅横向压阻灵敏度与器件倾角α符合sin2α的关系。将实验结果与理论分析的结果相比较后,得到了多晶硅的杨氏模量,这些结果表明多晶硅横向压力传感器具有实用价值,并为器件提供了优化的设计方案。     

硅纳米悬臂梁传感结构压阻特性的试验研究

为了研究拉伸和大形变弯曲共存状态下硅纳米悬臂梁传感结构的压阻特性,采用CMOS工艺制作了硅纳米悬臂梁传感测试结构,结合原子力显微镜和半导体参数测试仪对其电学参数进行了测量,其位移灵敏度高达1.58216×10-4/nm。在电阻相对变化率实验测量和ANSYS有限元平均应力仿真的基础之上,进而提出了一个非线性压阻模型来提取大弯曲硅纳米悬臂梁的一阶和二阶压阻系数。研究结果表明:其一阶压阻系数约为体硅的5倍,该巨压阻效应为利用硅纳米压阻传感结构来实现超高灵敏度的纳米压力传感器提供了可能的途径。研究结果同时也揭示了要获得高的灵敏度和好的可靠性,硅纳米悬臂梁的长度设计需要折衷考虑。     

多晶SiC薄膜的生长及其压阻特性

在Ａｒ、ＣＨ４的混合气体中用反应性磁控溅射法生长了多品ＳｉＣ薄膜。溅射靶使用了单晶硅片。ＳｉＣ薄膜的生长速率１０～４０ｎｍ／ｍｉｎ。Ａｒ的分压为６０ｍｔｏｒｒ（１ｔｏｒｒ＝１３３．３２２Ｐａ，以下同），ＣＨ４的分压为４０ｍｔｏｒｒ，衬底温度为７５０℃时，薄膜具有显著的多晶特性。杂质浓度、Ｈａｌｌ迁移率、电阻率分别为１０（１８）ｃｍ（－３）、１０ｃｍ（２）／Ｖ·ｓ、１０（－１）１０（－２）Ωｃｍ。压阻系数约为１５。     

高性能SOI基纳米硅薄膜微压阻式压力传感器的研究

针对高端领域对高性能微小量程压力传感器的迫切需求,设计并实现了一种应用于电子血压计的高性能SOI基纳米硅薄膜微压阻式压力传感器,并提出了相应的检测电路。根据小挠度弯曲理论设计了传感器方形敏感薄膜结构,确定了纳米硅薄膜压敏电阻的阻值大小和尺寸。采用ANSYS有限元分析（FEA）对所设计的传感器结构进行仿真,根据仿真结果确定了压敏电阻在膜片上的最佳放置位置。基于标准MEMS制造技术,在SOI基纳米硅薄膜上设计并实现了该压力传感器。实测结果表明,室温下,在0～40 kPa微压测量范围内所设计的传感器检测灵敏度可达0.45 mV/（kPa·V）,非线性度达到0.108%F.S。在-40℃～125℃的工作温度范围内,温度稳定性好,零点温度漂移系数与灵敏度温度漂移系数分别为0.004 7%F.S与0.089%F.S。所设计的压力传感器及其检测电路,在现代医疗、工业控制等领域具有较大的应用潜力。     

一种压阻式压力传感器误差修正的软件方法

针对硅压阻式压力传感器的误差特性,设计了一种对其非线性及温度变化所引起的误差进行补偿的软件算法。该算法根据实验确定的修正系数,直接由微处理器对传感器信号进行数字化的修正,已在一定的温度和压力范围内实现0.1%的测量精度,可直接应用于硅压阻式压力传感器的设计。     

薄淀积膜压阻系数π∥π⊥测量

半导体薄膜开始用于力敏器件，评价薄膜自身的压阻特性是十分重要的。但迄今报导的参数，通常是薄膜与基片粘附成一体的复合样品测量值，原因在于膜薄难剥，剥离之后测量也不易。建立等效模型，提出新的计算式，以便在基片淀积膜之前和之后，只作常规ε、Ｅ等测量，通过计算就可得到纯薄膜的压阻特性各参数，包括Ｋ、Ｋ、π、π。     

压阻式传感器灵敏度特性分析

对圆形、正方形和矩形膜片力敏折灵敏器件的灵敏度进行了详细剖析,计算并列出大量数据,指出了影响压力传感器灵敏度的因素和提高灵敏度的有效途径,给出部分实验数据与理论分析符合较好,本分析对开发设计高灵敏度的力敏元件有重要指导意义。     

应力集中式多晶硅薄膜压力传感器

介绍一种以多晶硅薄膜为敏感材料的压力传感器。该传感器利用了双岛结构膜片的应力集中效应，灵敏度得到提高，且具有良好的线性度和过载能力。     

压阻式棉条传感器的动态特性分析

提出了适用于纺织机械中并条机、梳棉机等前纺设备的棉条在线检测及纺织质量检测的一种压阻式棉条传感器,对传感器的结构模型和力学模型进行了分析,并进行了传感器动态特性试验,由试验曲线分析了传感器的动态特性,得出的结论满足棉纺织行业的使用要求。     

基于压阻检测的双端固支硅纳米梁谐振特性研究

我们利用压阻检测法对双端固支硅纳米梁的谐振特性进行了研究.在(111)硅衬底上,用KOH选择性腐蚀制作出了厚度约为242 nm的双端固支硅纳米梁;对梁上表面采用Ar离子进行局部轰击,受轰击侧的原子结构遭到破坏,电导率显著下降,未受轰击侧原子结构则保持原掺杂结构,在梁厚度方向形成非对称掺杂,表现出压阻特性.利用该局部压阻,我们首次完成了对双端固支硅纳米梁的谐振特性的测量,其共振频率为400 kHz;同时,我们对获得的低Q值进行了初步讨论.     

压阻式压力传感器灵敏度特性分析

对圆形膜片，正方形膜片及矩坟力传感器的灵敏度进行了详细剖析，计算并列出大量数据，指出影响压力传感器灵敏度的因素及提高器件灵敏度的有效途径，给出部分实验数据与理论分析符合较好，本分析对开发设计新型高灵敏度的压力传感器有一定指导意义。     

SnO2薄膜的电学气敏特性与光学气敏特性研究

用射频磁控反应溅射法制备了ＳｎＯ２薄膜,并分别测量薄膜在乙醇气体中的电学气敏特性和光学气敏特性。对实验结果的分析表明,ＳｎＯ２薄膜对乙醇气体有较强的电学气敏效应和光学气敏效应。利用ＳｎＯ２薄膜的电学气敏特性适合检测较低浓度乙醇气体,而利用ＳｎＯ２薄膜的光学气敏特性能检测较高浓度乙醇气体。     

压阻式压力传感器伏频特性转换研究

作者利用新型半导体器件MPNIM结构二端、三端变容器(已获专利)研制成功一种新型伏频变换器.将这种伏频变换器与压阻式压力传感器直接相联,可将传感器输出的模拟电压转换为频率信号,与计算机接口时无需高精度多位A/D变换器,可省去高增益、低漂移、高精度的测量放大器.与一般伏频变换器相比,它的灵敏度可高达400kHz/V;稳定性为±40Hz;重复性为土40Hz;分辩率可达0.1mV.