一种灵敏度漂移自补偿型MEMS电场传感器

针对温度和应力变化带来的电场传感器灵敏度漂移和测量误差问题,该文提出一种具有灵敏度漂移自补偿功能的微机电系统(MEMS)谐振式电场传感器。传感器结构中,感应电极用于测量外部电场,参考电极用于监测可动结构振动信息;基于振动相位和锁相环技术实现传感器谐振频率自动跟踪,利用参考电极输出信号对感应电极输出信号进行实时补偿,提高传感器灵敏度的稳定性。该文开展了敏感结构设计和理论分析,研制出传感器样机,并进行了样机标定测试。测试结果表明,在±18 kV/m电场范围内,传感器线性度达到0.21%,3个往返行程总不确定度达到1.34%;在–40°C～70°C温度范围内,灵敏度相对漂移量小于3.0%,具有良好的灵敏度漂移自补偿效果。     

一种新型MOSFET静电场传感器

本文提出了一种非常有发展前途的低温漂固态电场传感器。此传感器是一种恒压惠斯顿电桥,它的电阻是由四个直接栅极SOI MOSFET器件。理论上证明这种传感器的输出信号电压与测量电场成正比,温度漂移等于零。实验结果表明,在300K温度下,传感器的分辨率为3.27 mV/KV/m,大气环境下的温度漂移相当于47V/m的电场,其远小于大气温度下相当于10,000V/m的电流漂移。     

A novel SOI MOSFET electrostatic field sensor

A novel low temperature solid state electric field sensor is demonstrated as a promising sensor. The sensor is a type of constant voltage Wheatstone bridge whose resistors are four direct gate SOI MOSFET devices. It is demonstrated in theory that the output voltage signal is proportional to the electric field E, the temperature drift is about zero when the temperature is in the range from 200 to 400 K, and the doping concentration is in the range from 1×1014 to 1 × 1016 cm-3. The experiment results indicate that the resolution of the sensor is about 3.27 mV for a 1000 V/m electric field at 300 K, and the voltage drift by an amount is about 47 V/m field signal when the degree temperature is in the range from 300 to 370 K, which is much smaller than the current drift of a single MOSFET which is about 10000 V/m field signal.     

新型旋片式空中电场传感器及应用

该文介绍一种新型的空中电场传感器,它利用导体在电场中感应电荷的原理,通过感生电荷的 变化检测电场强度。传感器采用了新型的双定子结构以及独特的电路设计,有效地屏蔽了空中积累电荷以及 空间离子流对测量的影响。本器件用以检测100V/m-50000V/m的高空电场,误差小于5％。此传感器 已进行地面至15km空中电场探测试验,得到满意的空中电场测试数据。     

非均匀厚度漂移区SOI高压器件及其优化设计

提出非均匀厚度漂移区SOI高压器件新结构及其优化设计方法. 非均匀厚度漂移区调制SOI层的电场并增强埋层电场,从而提高器件击穿电压. 考虑到这种调制效应,提出解析模型用以优化设计该新器件的结构参数. 借助解析模型,研究了电场分布和器件击穿电压与结构参数的关系. 数值仿真证实了解析模型的正确性. 具有3阶梯的非均匀厚度漂移区SOI器件耐压为常规结构SOI器件的2倍,且保持较低的导通电阻.     

基于L波段气象雷达的空中三维电场探测系统

以往采用的大气电场探测方法需搭建独立的电场探测系统,并且主要实现空中矢量电场的一个或两个分量的探测。该文介绍了一种新型空中电场探测系统,基于气象部门现有L波段气象雷达探测系统,采用新型3维电场传感器,构建了新型空中电场探测平台,实现了空中3维电场、温度、湿度、气压等气象信息的同步实时探测。系统中电场传感器采用了独特的结构设计和信号处理电路,在30 kV/m的电场测量范围内,分辨力可达20 V/m,线性度优于1%,可以连续探测地面至15000 m高空的3维电场强度,为飞行器升空提供安全保障。     

非均匀厚度漂移区SOI高压器件及其优化设计

提出非均匀厚度漂移区SOl高压器件新结构及其优化设计方法.非均匀厚度漂移区调制SOI层的电场并增强埋层电场,从而 提高器件击穿电压.考虑到这种调制效应.提出解析模型用以优化设计该新器件的结构参数.借助解析模型,研究了电场分布和器件击穿电压与结构参数的关系.数值仿真'证实了解析模型的正确性.具有3阶梯的非均匀厚度漂移区SOl器件耐压为常规结构SOl器件的2倍,且保持较低的导通电阻.     

一种基于MEMS芯片的新型地面大气电场传感器

该文基于MEMS电场敏感芯片,研制出了一种新型的地面大气电场传感器,解决了现有场磨式电场仪易磨损、功耗大、故障率高等问题。敏感芯片采用SOIMUMPS加工工艺制备,其芯片面积仅为5.5 mm5.5 mm。该文提出了传感器敏感芯片的弱信号检测方法,设计出了满足环境适应性的传感器整体结构方案,并建立了传感器的灵敏度分析模型。对电场传感器进行测试,测量范围为-50 kV/m~50 kV/m,总不确定度为0.67%,分辨力达到10 V/m,功耗仅为0.62 W。外场试验结果表明,MEMS地面大气电场传感器在晴天和雷暴天的电场探测结果,与Campbell公司场磨式电场仪探测结果都有较好的一致性,说明该传感器能满足预测雷暴要求,实现雷电监测和预警功能。     

人手姿态检测系统的设计与实现

为了增强人机交互的交互性以及遥控操作的可控性,设计并实现了一款基于磁场传感器与微加速度计的人手姿态检测系统。利用坐标变换理论,通过磁场传感器数据解算姿态的翻滚角和俯仰角,然后结合磁场传感器数据解算方位角,并对传感器的噪声、温度漂移以及磁场传感器受外界磁场的干扰进行了补偿。通过实验证明,该系统能准确测量人手姿态。     

直接栅MOSFET静电场传感器温度漂移模型和模拟

推导出了直接栅MOSFET静电场传感器的温度漂移系数,并研究了温度漂移的主要原因。此研究工作对消除直接栅MOSFET静电场传感器的温度漂移有一定的帮助。首先,建立了直接栅MOSFET静电场传感器沟道中电荷随温度变化的模型。其次,根据直接栅MOSFET沟道载流子浓度和载流子迁移率都为温度的函数,将直接栅MOSFET静电场传感器的温度漂移定义为由沟道载流子迁移率随温度变化引起的温度漂移系数αμ和由沟道载流子浓度随温度变化引起的温度漂移系数αQ,并对它们与温度的关系作了推导和研究。最后,对沟道载流子迁移率随温度变化引起的温度漂移系数αμ和由沟道载流子浓度随温度变化引起的温度漂移系数αQ进行了模拟和比较。模拟结果表明,温度漂移系数αμ远小于温度漂移系数αQ。因此沟道载流子浓度随温度变化是直接栅MOSFET静电场传感器的温度漂移的主要原因。     

具有P型埋层PSOI结构的耐压分析

提出了一种具有p型埋层的PSOI器件耐压新结构,称为埋层PSOI(BPSOI).其耐压机理是,通过p型埋层电荷产生的附加电场调制作用,导致表面电场分布中产生新的峰而使击穿电压提高;p型埋层的电中性作用增加了漂移区优化的浓度而使比导通电阻降低.借助二维MEDICI数值分析软件,获得此结构较一般PSOI的击穿电压提高52%～58%、比导通电阻降低45%～48%.     

具有p型埋层PSOI结构的耐压分析

提出了一种具有p型埋层的PSOI器件耐压新结构,称为埋层PSOI(BPSOI).其耐压机理是,通过p型埋层电荷产生的附加电场调制作用,导致表面电场分布中产生新的峰而使击穿电压提高;p型埋层的电中性作用增加了漂移区优化的浓度而使比导通电阻降低.借助二维MEDICI数值分析软件,获得此结构较一般PSOI的击穿电压提高52%～58%、比导通电阻降低45%～48%.     

空中三维电场传感器及其标定方法研究

空中电场是以三维矢量形式存在的,以往用于空中电场探测的电场传感器主要实现矢量电场的一个或两个分量的探测。介绍了一种新型的空中三维电场传感器,可实现空中矢量电场的三维检测,并对该三维电场传感器的标定方法进行了仿真分析,设计出该传感器的专用标定装置。测试数据表明该传感器的输出与外部电场呈良好的线性关系,与理论分析一致,证明了该电场传感器结构设计和标定方法的合理性。     

小型三维电场传感器设计与测试

目前电场传感器只能探测大气电场强度矢量一维或者二维方向分量,尚无法精确地反映空中电场强度大小。该文介绍一种结构新颖的小型三维空中电场传感器,由轴向(Z)和径向(X, Y)三路电场测量单元和驱动单元以及电路单元组成,用于探测电场强度的三维方向矢量。在地面实际测试中,传感器输出信号与电场强度的理论关系得到了验证,证明了三维电场传感器结构设计和检测方法的合理性。     

微型化光纤传输电磁脉冲传感器研究

研制了一套用于小空间电磁脉冲测试的光纤传输电磁脉冲电场传感器。通过电磁仿真软件CST2011,研究了天线结构对被测场影响,并讨论了天线结构、负载阻抗与响应带宽和灵敏度之间的关系,确定了主要设计参数。研制的微型化传感器采用屏蔽结构与偶极子天线的一体化设计,有效减小了天线与电光转换部分的体积和对被测场的扰动,适用于核电磁脉冲和雷电电磁脉冲的测量。传感器采用对称结构,满足自由空间场测量的需要,为电磁脉冲测量和电磁脉冲场标准装置的校准提供了新的手段。     

基于复合膜的双通道光纤表面等离子共振传感器

基于表面等离子共振的原理,设计了一种基于复合膜的双通道光纤表面等离子传感器。利用FDTD Solutions仿真软件分析了传感器的电场传输模式,比较了单层金属Ag膜与Ag-ITO复合膜的性能,并对比分析了单通道与双通道结构。结果表明:采用Ag-ITO与Au-TiO₂复合膜的双通道结构在灵敏度和品质因数等各项性能上要明显优于传统单层金属膜与单通道结构。设计的传感器不仅可以通过两条传感通道共振偏移范围的高区分度来解决共振波长的串扰问题,而且双通道结构中一条传感通道也可以作为参考通道为传感器提供自补偿能力。     

小型无线场强探测传感器研究

近年来,微波加热因其高效性和清洁无污染等优点广泛应用于各个领域.然而,微波加热的不均匀性限制了微波作为高效加热能源的应用.通过测量和分析加热腔中的电场分布情况可以帮助设计人员改进微波加热腔体设计,提高微波加热的均匀性.现有的场强测量设备均为有线设备,应用场景极为有限.因此,本文提出了一种由探头、接收机和上位机三部分组成...     

Double RESURF nLDMOS功率器件的优化设计

基于漂移区表面具有单个P-top层Double RESURF nLDMOS的结构和耐压机理,提出了具有P-top层终端结构的Double RESURF nLDMOS结构,并通过利用SENTAURUS TSUPREM4和DEVICES软件进行优化设计。P-top层终端结构不仅降低了击穿电压对P-top层参数的敏感度,而且在漂移区引入一个附加的电场峰值,使漂移区电场分布进一步趋于平坦化。与传统Single RESURF和普通Double RESURF器件相对比,击穿电压可以分别提高约13.5%和4%,导通电阻却提高了11.8%和6%,但在满足击穿电压相等的条件下,该结构通过控制P-top层的位置和漂移区剂量可以使导通电阻降低约37%。     

压力传感器零点电漂移与热漂移特性的模拟

利用ＰＳＰＩＣＥ程序结合非线性电阻模型来模拟压力传感器的电桥电路,可显示零点电漂移和热漂移特性。并阐明可利用电漂移来消除热零点漂移。     

功率LDMOS中的场极板设计

本文提出了LDMOS器件漂移区电场分布和电势分布的二维解析模型,并在此基础上得出了LDMOS漂移区电势分布和电场分布的解析表达式。通过表达式的结果,研究了多晶硅场板的长度和位置对于器件表面电场和电势的影响,解析结果与MEDICI结果相符。