改进的硅各向异性腐蚀GPU并行模拟

硅各向异性腐蚀过程复杂,采用元胞自动机模拟硅各向异性腐蚀非常耗时。为了加速腐蚀模拟过程,研究了基于图形处理器(GPU)进行硅的各向异性腐蚀模拟。针对串行算法直接并行化方法存在加速效率低等问题,提出了一个改进的并行模拟方法。该方法增加了并行部分的负载,减少了内存管理的开销,从而提高了加速性能。实验证明该方法能够获得较理想的加速比。     

基于BOE硅腐蚀现象的硅纳米线制作

介绍一种硅纳米线制作方法.在SOI顶层硅上制作硅纳米梁,通过离子注入形成pnp结构,利用新发现的没有特殊光照时BOE溶液腐蚀pn结n型区域现象,结合BOE溶液氧化硅腐蚀,实现硅纳米线制作.制作完全采用传统MEMS工艺,具有工艺简单,成本低,可控,可靠性好,可批量制作等优点.利用该方法制作出了厚50 nm,宽100 nm的单晶硅纳米线,制作的纳米线可用于一维纳米结构电学性能研究、谐振器研究等.     

用HNO_3—HF—H_2O三元硅腐蚀系统制造扩散硅电阻应变计

本文论述用化学腐蚀方法制作扩散硅电阻应变计。工艺中采用HNO_3—HF—H_2O作腐蚀剂,根据扩散控制的流体力学要求建立一种实验装置。在腐蚀过程中,气泡撞击硅片表面,保证被腐蚀表面有新鲜的腐蚀液连续供应和生成物的不断清除,快速而均匀地蚀薄硅片,并且在达到需要厚度之前,不需取出芯片观察。用此方法,成功地分离和蚀薄出扩散硅电阻应变计,表面成镜面平整光亮,厚度均匀可控,是一种批量生产扩散硅电阻应变计的好方法。     

硅各向异性腐蚀技术研究

针对两种补偿结构探讨了硅的凸角腐蚀补偿原理,设计了补偿版图,并在KOH腐蚀液中进行实验验证,获得了好的直角凸面补偿效果。     

基于带图形的硅衬底上制备硅薄膜的技术

对硅基MEMS的可动部件很多都是采用在带图形的硅衬底上制备的硅薄膜通过深槽腐蚀释放获得的特点,开展在带图形的硅衬底上制备硅薄膜技术研究,得到一种通过两次硅硅键合、减薄抛光、一次湿法腐蚀硅相结合的在带图形的硅衬底上制备硅薄膜的有效方法,该方法制备出了的薄膜厚度为10 μm,均匀性为±0.5μm,达到了厚膜SOI材料制备的指标要求,硅薄膜完好率达到70%以上,为硅基MEMS的可动部件的制备打下了坚实的基础.     

TMAH腐蚀液制作硅微结构的研究

通过各向异性腐蚀硅微结构工艺,研究了四甲基氢氧化铵(TMAH)腐蚀液的特性,包括硅(100)晶面腐蚀速率与TAMH溶液浓度、温度、pH值以及过硫酸铵添加剂的关系,并采用原子力显微镜研究了不同腐蚀条件下硅的表面形貌,研究表明:随TMAH溶液的浓度的降低和腐蚀温度的提高,腐蚀速率提高,硅腔的表面粗糙度增大;过硫酸铵添加剂明显改善了硅微腔的表面平整度.本研究所确定的最佳腐蚀工艺条件为:溶液中TMAH浓度为25%,过硫酸铵添加剂浓度为3%,腐蚀温度80℃.在此工艺条件下腐蚀出了深度为230 μm、表面粗糙度小于50 nm的硅微腔.     

基于金硅腐蚀自停止技术的亚微米梁制作研究

提出了利用无电极电化学腐蚀自停止技术制作亚微米梁结构的新工艺方法。根据金硅腐蚀自停止现象发生的条件,结合硅材料的各向异性腐蚀特性,设计器件结构,利用腐蚀暴露面积变化实现了硅的选择性自停止腐蚀。在(111)型硅片上利用原电池钝化效应一次性腐蚀出与衬底绝缘,由约4μm厚的金电极支撑,厚度约为235 nm的亚微米梁结构,具有制作简单、成品率高、成本低等特点,应用前景广阔。     

有机溶剂在P型宏多孔硅电化学腐蚀中的应用研究

近年来,多孔硅以其良好的光学、热学、电学以及机械特性使其在微传感器技术领域得到广泛的应用,电化学腐蚀多孔硅的各种方法与原理引起越来越多的关注。研究了P型硅的电化学腐蚀过程中,在腐蚀溶液中使用有机溶剂对多孔硅的制备、速率、成孔机理等方面的影响。研究发现,在分别使用有机溶剂二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)的氢氟酸(HF)腐蚀溶液中,可以制备出孔壁光滑、具有高深宽比的高质量P型宏多孔硅,并发现了一种快速腐蚀P型宏多孔硅的方法,得到高达1900μm/h的腐蚀速率,这有助于提高多孔硅在微传感器批量化生产应用中的效率。在涌流模型基础上,分析了有机溶剂的氧化性和质子(H)提供能力,以及在P型多孔硅快速腐蚀过程中的作用。     

EPW腐蚀液中制作近似圆形硅膜研究

研究了《100》单晶硅在EPW腐蚀液中制作近似圆形硅膜,在EPW腐蚀液中因《100》单晶硅腐蚀速率各向异性,在圆形掩膜下很难实现圆形单晶硅膜.基于EPW腐蚀液中《100》单晶硅存在严重凸角削角,采用带锯齿(9个、20个、36个)结构的齿轮掩膜图形腐蚀制作近似圆形硅膜,通过采用SEM观察,随腐蚀时间增加,圆形掩膜EPW腐蚀后硅膜为近似方形,而带有36个锯齿结构的齿轮掩膜腐蚀后硅膜近似圆形.结果表明,利用掩膜锯齿结构在EPW腐蚀液中存在凸角削角现象,能够实现近似圆形硅膜的制作.     

基于金硅原电池保护电容加速度计的制作

提出并实现了一种利用SoI结合金硅原电池保护和反熔丝制作电容式加速度计的新工艺方法。该工艺用SoI顶层硅制作梁和上电极,用衬底制作质量块。采用DRIE从正面刻蚀形成释放孔,TMAH腐蚀实现质量块的释放,在TMAH腐蚀过程中利用金硅原电池保护实现梁和表面极板的保护。在TMAH腐蚀完成前,反镕丝保持断开状态,腐蚀完成后,击穿反镕丝形成导通状态。通过测量金和硅的极化曲线得到60℃25%TMAH中实现原电池保护的金硅面积比不小于5∶1。成功制作成电容式加速度计结构,释放前后梁宽度均在9.4～10μm范围内,表明原电池保护有效。击穿后反熔丝并联导通电阻为5～25 kΩ之间。     

硅微电容传声器的防粘连结构

粘连是硅微电容传声器释放牺牲层过程中不容忽视的一个严重问题,大大降低了器件的成品率.在背板上制备微突出(bump)结构,可以较彻底阻止粘连现象发生,提高传声器的成品率.以往的防粘连微突出结构大都制备在上背板结构硅微电容传声器的背板上,它制备工艺简单,但是无法得到厚背板,形成“软“背板,影响传声器的性能.本文提出在下背板上制备防粘连微突出结构,因为其可以做的较厚,避免了软背板的缺点,这时利用氮化硅形成微突出,运用该法制备的硅微电容传声器有效的防止粘连现象发生.对该方案还可进行改进,利用重硼掺杂单晶硅形成微突出,该工艺流程重复性好.最终我们研制成具有防粘结构的硅微电容传声器.     

Silicon auditory processors as computer peripherals

Several research groups are implementing analog integrated circuit models of biological auditory processing. The outputs of these circuit models have taken several forms, including video format for monitor display, simple scanned output for oscilloscope display, and parallel analog outputs suitable for data-acquisition systems. Here, an alternative output method for silicon auditory models, suitable for direct interface to digital computers, is described. As a prototype of this method, an integrated circuit model of temporal adaptation in the auditory nerve that functions as a peripheral to a workstation running Unix is described. Data from a working hybrid system that includes the auditory model, a digital interface, and asynchronous software are given. This system produces a real-time X-window display of the response of the auditory nerve model.     

Silicon models of lateral inhibition

The neurological process known as lateral inhibition (LI) has long been acknowledged as a critical operation for the preprocessing many types of sensory stimuli. In the mammalian retina, LI is utilized to enhance visual images by performing differential amplification on the pixels from which the image is composed. In this study, LI is implemented using VLSI-based models. These models consist of small two-dimensional arrays of generalized sensory pixels, each of which inhibits, and in turn is inhibited by, each of its immediate neighbors. Two custom CMOS array prototypes circuits have been designed, fabricated, and characterized. Test results indicate that both circuits are able to impart contrast to arbitrary two-dimensional geometric images in a flexible yet stable manner, and do so immediately and simultaneously. These arrays thus offer a level of performance not attainable by software methods, making this method well suited for machine vision systems that utilize parallel architectures.     

一种全新的硅微阵列陀螺仪

介绍了一种全新的硅微阵列陀螺仪的结构设计、模态仿真、电路闭环控制、数据融合方法和相关的的实验结果。基于热弹性阻尼理论的数值仿真,利用结构解耦的方法设计了硅微阵列陀螺仪的四质量块结构。利用ANSYS软件对硅微阵列陀螺仪的驱动模态和检测模态进行了仿真,仿真结果表明：硅微阵列陀螺仪共有四种不同的工作模态。根据静电力反馈原理,设计了基于数字锁相控制和数字闭环控制方法的控制电路。电路测试结构表明硅微阵列陀螺仪驱动模态的振动幅值的相对稳定性可以达到9×10-5。分析了硅微阵列陀螺仪的随机漂移特性,建立了漂移误差模型,并设计了卡尔曼滤波器以获取硅微阵列陀螺仪的随机漂移的最优估计。利用多传感器信息融合算法,硅微阵列陀螺仪的零偏稳定性可以提高10倍。     

Ka波段硅基MEMS滤波器

滤波器是微波毫米波电路中的一个重要部件,本文介绍了采用基片集成波导技术和ICP深刻蚀微机械通孔阵列的硅基MEMS滤波器.设计制作了MEMS滤波器的核心部件谐振器,测试结果显示该谐振器无载Q值大于180,频率误差控制在2%以内.以此为基础采用理论计算与实验设计相结合的方法设计了一个Ka波段硅基MEMS滤波器.滤波器中心频率为30.3 GHz,插入损耗1.5 dB,相对带宽5%.芯片尺寸为10.0 mm×2.8 mm×0.4 mm.     

硅-蓝宝石压力传感器温度补偿研究

针对硅-蓝宝石压力传感器在测量过程中容易受温度影响的问题,提出了一种基于串并联恒定电阻法和分段插值法的温度补偿方法;从硬件补偿电路和软件补偿算法两个方面论述了补偿方法的原理及实现方法,并通过实验验证了该方法的可行性.实验结果表明,最终制成的硅-蓝宝石压力传感器最大相对误差为0.357％,综合误差小于0.129％.     

微结构谐振梁式压力传感器研究

利用微电子机械加工技术成功地研制出电势激励、压阻拾振的高精度硅谐振梁式压力传感器,传感器的谐振器的品质因素Ｑ值大于１７０００。采用扫描检测方式和闭环自激振荡方式测定压力传感器的压力特性,其压力测试范围为０￣４００ｋＰａ,线性相关系数为０．９９９９５,测试精度小于０。０６％Ｆ．Ｓ。     

Poisson's Ratio of Low-Temperature PECVD Silicon Nitride Thin Films

In this paper, the Poisson's ratio of low-temperature plasma-enhanced chemical vapor deposited silicon nitride thin films has been determined by a modified double-membrane bulge test. This test method utilizes a square membrane and a large-aspect-ratio rectangular membrane that is fabricated alongside from the same thin film. The Poisson's ratio is determined from the ratio of the bulge deflections of the two membranes under an applied pressure. The method is suitable for determining of either stress-free thin films or those containing low tensile residual stresses. Poisson's ratio values of 0.23 0.02 and 0.25 0.01 were measured for films that were deposited at 125 and 205 , respectively.     

平面振动式微硅型加速度计的结构设计

详细介绍了一种平面振动式微硅型加速度计的工作原理，并用理论力学和材料力学阐述了这种加速度计的结构设计方法。