MEMS高温电容式压力传感器的研制与测试

介绍了一种用硅-硅键合MEMS技术制作的高温电容式压力传感器,并给出了详细的制作工艺.文中对测试装置、测试电路进行了介绍和深入分析,最后用此测试电路对制作的传感器器件进行了高温测试,测试结果表明这种微传感器可在低于350℃的条件下正常工作,且具有很大的线性工作范围、良好的稳定性和较高的灵敏度,其应用前景十分广阔.     

基于MEMS技术的水平轴光纤加速度传感器

提出了一种基于微机电系统(MEMS)技术的水平轴光纤加速度传感器,并与Z轴光纤加速度传感器在同一MEMS芯片上制造,形成单一方向出纤的三轴光纤加速度传感器。分析了器件工作原理和器件结构参数与其性能的关系,利用MEMS技术成功制作出了加速度传感器样品。初步测试结果表明,本光纤加速度传感器灵敏度为164mV/g,3dB带宽的截止频率为1 600Hz。     

MEMS压阻加速度传感器阻尼特性研究

研究了空气阻尼对MEMS压阻加速度传感器性能的影响,建立了传感器动力学模型和空气阻尼模型,分析了空气间隙大小与传感器阻尼系数的相互关系,通过控制空气间隙可以达到控制加速度传感器阻尼的目的。根据分析结果设计了三明治结构封装的传感器,应用有限元仿真软件,对传感器的应力和应变进行了仿真计算,完成传感器结构参数设计;采用MEMS体硅加工工艺和圆片级封装工艺,制作了MEMS压阻加速度传感器。测试结果表明,采用三明治结构封装形式,可以控制压阻加速度传感器的阻尼特性,为提高传感器性能提供了途径。     

基于硅MEMS敏感结构的光学检测声传感器

介绍了一种基于硅基MEMS敏感结构的光学式声传感器,对其工作原理及设计进行了分析与研究,尤其是对感声膜结构,提出将波纹结构引入到传统硅基平膜芯片中,利用MEMS技术制作具有低应力波纹结构的感声薄膜芯片,并制作传感器样品。经样品测试,灵敏度达30 mV/Pa。     

一种微摩擦力光学测试方法

为了测试微观条件下材料表面的摩擦学性能,给出了一种微摩擦力的光学测试方法。基于MEMS工艺制作了硅微力传感器,通过标定的方法得到了微力与传感器的变形量之间的关系,采用光反射的方法测量了试验过程中传感器的变形量,进而通过数据处理得到微摩擦力。简要介绍了微摩擦力的光学测试原理,给出了硅微力传感器的结构及制作过程,并对铜和铝的表面进行了微摩擦力测量。初步试验结果表明,该方法具有测试精度高、重复性好、系统性能稳定的优点,能满足微机电系统中摩擦力测试的需要。     

基于光纤检测技术的扭转敏感微机电系统加速度传感器

为实现微型化、抗电磁干扰、可长时间工作和可远距离传输的加速度传感器,提出了一种基于微机电系统(MEMS)非对称扭镜结构的光纤加速度计设计方案,并利用对角度变化非常敏感的双光纤准直器对扭镜的扭转角度变化进行检测。MEMS光纤加速度计由MEMS非对称扭镜结构、驱动电极和双光纤准直器等组成。分析了器件的加速度敏感原理和光纤检测原理,介绍了器件综合设计考虑,并给出了器件的结构参数。利用MEMS加工技术成功制作了MEMS光纤加速度计样品。对加速度计进行了实验测试,加速度计的输出实验值与理论值吻合。测试结果表明,该加速度计量程为±2g,带宽为600 Hz,分辨率优于10-4 g,且具有良好的线性度和重复性。该MEMS光纤加速度计将MEMS敏感结构与光纤检测相结合,兼备了两者的优点,结构紧凑、制作工艺简单。     

新结构的硅一体化微加速度传感器

本文介绍了一种新结构的硅一体化微加速度传感器，理论和实验结果表明，这种传感器与传统硅微机械结构加速度传感器相经具有温度特性好，工艺简单和成品率高等优点，这种结构特别适合制作谐振传感器。     

基于探针形式的三维硅微力传感器

为满足三维微力测量的需求,以MEMS体硅压阻工艺技术为基础,研制了一种基于微探针形式,具有μN级三维微力测量和传感能力的半导体压阻式三维微力硅微集成传感器。传感器采用相互迟滞的4个单端固支硅悬臂梁,支撑中间的与微力学探针结合在一起的质量悬块的结构形式,在4mm×4mm的硅基半导体芯片上用MEMS体硅工艺集成而成。通过ANSYS数值仿真的方法分析了三维硅微力传感器结构的应力特点,解决了三维微力之间的相互干扰问题,并对传感器性能进行了测试。结果表明,其X、Z方向的线性灵敏度分别为0.1682、0.0106mV/μN,最大非线性度分别为0.19%FS和1.1%FS。该传感器具有高灵敏度、高可靠性、小体积、低成本等特点。     

一种基于MEMS工艺的365 GHz硅微波导垂直转接结构

基于微电子机械系统(MEMS)工艺设计并制作了一种THz垂直转接结构,该结构采用6层硅片堆叠的硅微波导形式。理论分析计算了垂直转接结构的参数,并使用三维电磁场分析软件HFSS对该结构进行了模拟仿真。设计得到了中心频率为365 GHz、带宽为80 GHz、芯片尺寸为10 mm×7 mm×2.7 mm的THz垂直转接结构。给出了一套基于MEMS工艺的硅微波导的制作流程,制作了365 GHz垂直转接结构并对其进行测试。获得的THz垂直转接结构的回波损耗随频率变化的测试结果与仿真结果基本一致。采用MEMS工艺制作的硅微波导垂直转接结构具有精度高、一致性好、成本低的特点,满足THz器件的发展需求。     

MEMS加速度传感器的原理及分析

主要介绍了五种目前常见的基于MEMS技术的加速度传感器,从物理结构的角度对这几种传感器的测量原理进行了分析,不但着重介绍了已经较为成熟且形成产业化的硅微电容式、压阻式、热电耦式加速度传感器,而且对目前较为前沿的光波导式加速度传感器也进行了一些分析和介绍。     

RA码与网络编码的联合设计

针对现有编码技术存在的编译码系统结构复杂、网络传输性能稳定性差等问题,文中提出了一种RA码与网络编码的联合设计方法。RA码融合了Turbo码编码和LDPC码译码各自的优点,采用RA码的BP译码算法,通过将RA码的译码器加入到PNC的信息计算流程中,将基于RA码的信道编码与PNC进行结合。最后,在MATLAB平台上进行仿真,基于AWGN信道获取SNR/BER性能曲线图。仿真结果显示,该方案有效简化了系统结构,降低了系统的信噪比和延迟性,提高了传输性能的稳定性。     

一种用于MEMS超低值封装残余应力的测量方法

微机电系统(MEMS)封装残余应力是在封装工艺过程中芯片上产生的残余应力,它对于MEMS器件的热稳定性和长期贮存稳定性有着十分重大的影响,故而对MEMS封装残余应力的高精确度测量有利于封装应力的研究。由于封装残余应力十分微小,因此无法利用目前的测量手段直接测量封装应力,本文针对这个问题提出了一种基于应力放大结构和拉曼光谱法的封装应力测量方法,可以测量出MEMS器件中封装应力的平均水平。基于理论分析建立了原始封装模型与应力放大结构之间的放大关系,并提出应力放大结构的设计原则。接着采用3D有限元(FEM)仿真对一款高精确度MEMS微加速度计的封装应力测量进行了分析,其结果与理论分析具有很高吻合度。最后,针对该微加速度计的封装应力测量,成功制作了应力放大结构的芯片样片,并进行封装,随后拉曼光谱法被用于测量样片中的最大应力,进而计算出待测微加速度计中平均封装应力大小。实验结果与仿真分析具有很好的吻合度,证明本文所提出的测量方法具有相当的可靠性。     

多失效机理下基于FIDES的MEMS失效率预计研究

针对MEMS在工艺和结构上的新特点以及当前国内外尚未形成与MEMS相关的失效率预计模型的研究现状,基于失效物理方法和现有FIDES标准,提出了一种MEMS失效率预计方法。在MEMS工艺影响分析基础上,结合实验数据和失效物理方法,提出了MEMS在多失效机理下的总体失效分布函数计算方法;之后,基于FIDES基本失效率预计模型,提出了MEMS的失效率预计模型及其适用的参数取值方法;最后,完成了某型MEMS高g值微加速度计的失效率预计案例。结果表明,预计模型充分考虑了MEMS在工艺和结构上的新特点以及多失效机理的共同作用,可有效解决现有标准手册不能准确反映制造工艺发展现状和手册中失效数据不适用的问题。     

倾斜梳齿的MEMS电容式传感器惯性脉冲响应特性研究

 DRIE(Deep Reactive Ion Etching)工艺加工的高深宽比梳齿电容不能保证绝对平行.本文在考虑低真空空气阻尼力的同时,研究了梳齿电容倾斜的MEMS传感器对脉冲惯性信号的响应,并分析了DRIE工艺因素对器件性能的影响.研究结果表明,当传感器为没有静电力反馈的双边电容结构时,梳齿电容的不平行对传感器的响应位移、惯性脉冲响应线性度范围影响明显,且随着封装真空度增加而加重.若传感器有静电力反馈,惯性脉冲响应的灵敏度降低,但DRIE工艺因素的影响程度降低.为了抑制DRIE工艺导致的梳齿电容不平行因素的影响,文中还设计了一个新型的变电容面积的MEMS惯性传感器,并用ANSYS初步分析了其性能,设计了其详细的制作工艺流程.     

薄膜体声波谐振器微加速度计惯性力敏特性

研究了由硅微质量块-悬臂梁惯性力敏结构和氮化铝(AlN)薄膜体声波谐振器(FBAR)检测元件集成的FBAR微加速度计表头的惯性力敏特性。采用有限元(FEA)静力学仿真,得到惯性力载荷作用下硅微悬臂梁上的应力分布;选取最大应力值作为载荷,基于第一性原理计算纤锌矿AlN的弹性系数与应力的关系式,预测惯性力载荷作用下AlN弹性系数的最大变化量;采用谐响应分析,预测FBAR微加速度计的加速度-谐振频率偏移特性。分析得到：惯性力载荷作用下,FBAR微加速度计的谐振频率向高频偏移,灵敏度约为数kHz/g;其加速度增量-谐振频率偏移特性曲线具有良好的线性度。     

基于退化量分布的高量程MEMS加速度计的可靠性评估

高量程MEMS微加速度计主要应用于航空、航天及军工等高可靠性要求的惯导领域。为了更好进行微加速度计的可靠性寿命预测,提出一种基于退化量分布,以实验数据拟合推导出分布模型参数的变化关系从而更加准确的评估微加速度计的可靠性寿命。实验研究结论表明采用新的评估方法能够获得更准确的微加速度计可靠性预测。     

梳齿差分电容式体硅微加速度计(英文)

提出了一种体硅微加速度计的设计和制造方法,同时设计了它的闭环反馈伺服电路,分析了加速度计的质量块、悬臂梁和梳尺间隙对量程、非线性、灵敏度、抗冲击能力和带宽等特性的影响。已经加工出的微加速度计,其全量程为±60g,非线性度0.2%,带宽1kHz,灵敏度200mV/g,抗冲击能力10kg。对由加速度计结构设计、温度和伺服电路造成的零位漂移现象进行了分析,提出了一种制造微加速度计的新颖MEMS工艺———正面释放体硅工艺。     

一种解耦硅MEMS陀螺结构优化及性能仿真

以高机械灵敏度为设计目标,对一种解耦硅MEMS陀螺进行了结构优化,并利用有限元分析软件ANSYS对该MEMS陀螺进行了模态、应力、位移、抗过载及谐响应仿真分析,确定并验证了高灵敏度MEMS陀螺的结构优化原则。优化后的硅MEMS陀螺驱动和检测模态谐振频率分别为3700与3718Hz,机械灵敏度可达0.95nm/(°/s),能够承受500g的冲击载荷,并且能够实现驱动模态和检测模态解耦。     

硅MEMS器件加工技术及展望

介绍了几种典型的硅基MEMS加工技术以及应用,并简单展望了MEMS加工技术发展趋势。硅基MEMS加工技术主要包括体硅MEMS加工技术和表面MEMS加工技术。体硅MEMS加工技术的主要特点是对硅衬底材料的深刻蚀,可得到较大纵向尺寸可动微结构,体硅工艺包括湿法SOG(玻璃上硅)工艺、干法SOG工艺、正面体硅工艺、SOI(绝缘体上硅)工艺。表面MEMS加工技术主要通过在硅片上生长氧化硅、氮化硅、多晶硅等多层薄膜来完成MEMS器件的制作,利用表面工艺得到的可动微结构的纵向尺寸较小,但与IC工艺的兼容性更好,易与电路实现单片集成。阐述了这些MEMS加工技术的工艺原理、优缺点、加工精度、应用等。提出了MEMS加工技术的发展趋势,包括MEMS器件圆片级封装(WLP)技术、MEMS工艺标准化、MEMS与CMOS单片平面集成、MEMS器件与其他芯片的3D封装集成技术等。