基于SOI的MEMS高温压阻式压力传感器

基于高温环境下压力实时监测的广泛需求,设计并制备了一种最大量程为1.5 MPa的绝缘体上硅(SOI)压阻式压力传感器.根据压阻效应原理和薄板变形理论,完成了传感器力学结构和电学性能的设计,采用微电子机械系统(MEMS)加工工艺完成了敏感芯片的制备,并使用了一种可耐300℃高温的封装技术.实验中采用了常温压力测试平台和压...     

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。     

一种SOI高温压力传感器敏感芯片

从传感器的受力结构、能量转化结构和金属引线三个方面对SOI压阻式压力传感器芯片进行高温设计,计算出每个因素所造成的影响并与外部气压对传感器造成的影响进行对比,并给出了压阻的工艺尺寸和掺杂浓度。通过工艺制备和封装,研制出耐高温压力传感器芯片,常温压力测试结果表明传感器敏感芯片在常温下灵敏度较高,非线性误差在0.1%以下,迟滞性小于0.5%。高温下的性能测试结果表明,传感器可以用于350℃恶劣环境条件下的压力测量,为压阻式高温压力芯片的研制提供了参考。     

一种低横向效应的压阻式加速度传感器设计北大核心

为了提高传感器的测试精度、抑制传统传感器的横向效应问题,通过改变压阻排布方式设计了一种低横向效应的压阻式加速度传感器。该传感器采用8电阻十字梁结构,电阻全部对称排布在应力变化的线性区,使传感器在满足高灵敏度的同时消除了横向效应。通过有限元仿真分析得出该传感器的灵敏度为0.297 4μV/g,横向灵敏度为零,对封装后的传感器进行了Hopkinson杆冲击测试,横向灵敏度只占工作轴向灵敏度的1.1%,远小于相同结构尺寸下传统四电阻传感器的20.7%,而工作轴向灵敏度基本相同。实验表明,该传感器具有较高的工作轴向灵敏度和极低的横向灵敏度。     

高灵敏度网状石墨烯微弱压力传感器的研究北大核心

为了改善微弱压力传感器的灵敏度，利用微结构来产生压阻效应的方法，制备出一种性能优异的压力传感器。研究了三种不同结构的石墨烯压力传感器，并设计和研究了石墨烯压力传感器的版图结构、工艺制备流程和材料表征。最后，对三种不同结构的石墨烯压力传感器进行了灵敏度测试。实验结果表明，网状结构的石墨烯压力传感器具有较高的灵敏度，在低压强下(0～200 Pa)的灵敏度可达到0.303 kPa-1,最低可检测到24.5 Pa的压强。该网状结构的石墨烯压力传感器是一种可以感知微弱压力变化的高性能压力传感器。     

新型硅压阻式压力传感器的设计、 制作与性能补偿研究

为兼顾高灵敏度与低非线性误差,针对性地设计和研究了一种量程为105ｋＰａ的新型MEMS硅压阻式压力传感器,该传感器通过部分刻蚀 SOI硅膜引入了凸起的压敏电阻和L形半岛结构。首先利用ANSYS有限元模拟仿真分析了传感器的特性、确定了其参数,然后通过MEMS工艺制作了压力传感器芯片并对其进行了封装与测试,实验结果表明,常温下MEMS硅压阻式压力传感器的灵敏度为 0.056ｍＶ/(Ｖ·ｋＰａ),非线性误差为±1.12％, 最后采用最小二乘函数校正法对传感器进行了非线性校正和迟滞误差补偿,性能补偿后MEMS硅压阻式压力传感器在全量程范围内的整体误差小于±0.24％ＦＳ。     

介观压阻型微压力传感器设计

运用共振隧穿双势垒（DBRT）结构中的一种压阻效应原理-介观压阻效应,用GaAs／AlAs／InGaAs DBRT结构薄膜作为敏感元件,设计了一个周边固支平膜片结构的压力传感器。并对介观压阻和普通压阻灵敏度的量级作出了比较,验证了介观压阻效应原理,可以提高压力传感器的灵敏度,为制造基于介观压阻效应的新型超敏感型传感器提供了一定的理论依据。     

SOI基底上制备的用于检测机器人手指接触力的微压阻式力传感器

为了使工业机器人可以稳定、高效地完成夹持任务,设计并制备了三种不同结构的微压阻式力传感器。利用热氧化、硼扩散掺杂、光刻、反应离子刻蚀、物理气相沉积和阳极键合等微电子机械系统(MEMS)加工工艺在绝缘体上硅(SOI)基底上制备出了尺寸均为2 mm×2 mm×0.5 mm的三种微压阻式力传感器。通过封装前后对三种传感器在z方向上的应力灵敏度测试,结果表明第二种传感器的灵敏度较佳,封装前可达0.18 mV/mN,封装后仍可达0.096 mV/mN,仅减少了0.084 mV/mN,仍具有良好的线性关系,输出特性的趋势与预计一致。同时,这三种不同结构的传感器各方向之间的串扰均小于5%,非线性小于满量程的3%。通过封装前后力传感器性能对比,为优化此类传感器设计提供了实验数据,为后续配置在机器人的指尖上实现高效、稳定的操作提供了参考。     

介观压阻型微压力传感器设计

运用共振隧穿双势垒(DBRT)结构中的一种压阻效应原理一介现压阻效应,用GaAsdAIAs/InGaAs DBRT结构薄膜作为敏感元件,设计了一个周边固支平膜片结构的压力传感器.并对介观压阻和普通压阻灵敏度的量级作出了比较,验证了介观压阻效应原理,可以提高压力传感器的灵敏度,为制造基于介观压阻效应的新型超敏感型传感器提供了一定的理论依据.     

静压桩贯入试验硅压阻式传感器的研制及应用

根据静压桩贯入过程中桩端阻力、桩土界面土压力和孔隙水压力测试对传感器的要求,介绍了硅压阻式压力传感器的压阻效应和工作原理。针对尝试采用的模型桩硅压阻式传感器安装工艺,研制了两种出现方式的传感器,并对贯入过程中桩端阻力、桩土界面土压力和孔隙水压力进行了测试。试验结果表明,硅压阻式压力传感器成活率高达100%,模型桩硅压阻式传感器安装工艺可行,测试结果准确、可靠。硅压阻式传感器可以应用到静压桩贯入模型试验中。