基于MEMS工艺的压阻式湿度传感器的设计制作

提出用硅-硅直接键合的SOI片制作压阻式湿度传感器.它是利用涂覆在硅膜上聚酰亚胺膜吸湿发生膨胀,导致双膜结构发生弯曲产生应力的原理进行工作的.为了确定传感器结构、优化尺寸,采用ANSYS软件进行了模拟计算、设计了MEMS湿度传感器的制造工艺,对制作的微湿度传感器进行了测试,其灵敏度为0.21 mV%RH,最大湿滞为8%RH.     

宽温区工作压力传感器热力学研究

介绍了硅-蓝宝石压力传感器的钛合金-蓝宝石复合弹性膜片在宽温区工作时温度变化材料不匹配引起的结构热应力,对弹性膜片的受热情况进行了分析,对不同结构形式传感器热稳定性影响程度进行了对比,利用P型掺杂硅温度特性减少结构热应力影响、降低传感器的热零点漂移.通过膜片结构选择和设计、材料选择、工艺优化和控制等可以使硅-蓝宝石压力传感器在-55~350℃宽温度范围内工作时热漂移不大于0.015%FS/℃,提高了宽温区工作时传感器的热稳定性.     

硅基光纤温度传感器研究

基于单晶硅折射率随温度变化的热光效应,研究了一种硅基双波长光纤温度传感器.理论分析了单晶硅膜温度传感的机理,通过计算得到了硅膜厚度与温度测量范围之间的关系.运用双波长信号处理方法对传感器反射光强度进行分析并解调出所测量的温度.实验结果表明,在测温范围25～45℃内,当传感器测温波长为1 534.3 nm、1 554.3 nm时,该传感器对温度的响应具有良好的线性,其线性拟合度达0.989 8.该温度传感器的研究对设计制作温度补偿型的硅基压力或其它物理量的测量传感器具有一定的参考价值.     

高性能低频交变磁场传感器的研究与制作

详细介绍了利用一种新型材料(铁基纳米晶合金)作为磁芯的高性能低频交变磁场传感器的工作原理、制作及测试结果.测试结果表明利用此新型材料作为磁芯制作的传感器,是一种较理想的高性能的传感器,在低频交变磁场探测的众多领域中具有广泛应用.     

一种压阻式三轴加速度传感器的设计

介绍了一种基于SOI的硅压阻式三轴加速度传感器的设计和制备.该三轴加速度传感器采用四个相互垂直的悬臂梁支撑中间质量块的结构.加速度传感器通过利用合理布置的压敏电阻构成的惠斯通电桥测量三个方向的加速度.对加速度传感器结构进行了理论分析和有限元仿真优化,确定加速度传感器的结构尺寸,并详细论述了三轴加速度传感器的制备工艺步骤和测试结果.     

一种硅微多传感器集成研究

为满足小体积、多参数测量的要求,利用(100)晶面的各向异性压阻特性与MEMS加工工艺特性,在单芯片上集成制作了三轴加速度、绝对压力以及温度等硅微传感器,在结构和检测电路设计上最大限度地减小各传感器之间的相互干扰影响。三轴加速度、绝对压力传感器利用压阻效应导致的电阻变化测量外界加速度和压力变化量,温度传感器利用掺杂单晶硅电阻率随温度变化的原理来测量外界温度。集成传感器具有较好的工艺兼容性,加速度、压力传感器的压敏电阻和温度传感器的测温电阻采用硼离子掺杂制作,加速度和压力传感器设计成工艺兼容的体硅结构。研制的集成传感器芯片尺寸为4mm×6mm×0.9mm。给出了集成传感器的性能测试结果。     

一种扭摆式硅微机械加速度传感器

介绍了一种基于体硅微机电系统(MEMS)工艺制作的扭摆式硅微机械加速度传感器,对制作过程的一些工艺问题进行探讨,并提出相应的解决办法,主要涉及到硅-玻璃阳极键合、结构释放等关键工艺。对测试结果进行了初步分析,分辨力可以达到1mgn,测试±1gn范围内线性度可以达到99.99%。     

CCD制造的关键工艺

CCD(电荷藕合器件)是一种在硅集成电路工艺线上制作的图像传感器.本文介绍了CCD的基本工作原理和制造的单项工艺,并详细介绍了其关键工艺:氧化、光刻、离子注入,还对各工艺所遇到的问题、相应的解决方法及发展状况进行了阐述.     

MEMS硅铝异质结构压力传感器的设计制作与测试研究

金属半导体异质混合结构是一种特殊的压阻结构,其具有高于传统MEMS压阻式压力传感器的压阻性能.鉴于此,设计和研究了一种由掺杂单晶硅和金属铝混合形成的MEMS异质结构压力传感器.首先结合理论模型和ANSYS有限元模拟仿真分析了硅铝异质结构传感器的灵敏度特性,然后通过MEMS工艺制作了硅铝异质结构压力传感器芯片,并对其进行了封装与测试.实验结果表明,硅铝异质结构压力传感器的灵敏度可达到0.1168 mV/(V·kPa),而利用参考结构能够明显减小环境温度对其性能的影响.在此基础之上,本文采用基于遗传算法改进的小波神经网络对传感器的温度漂移和非线性误差进行了补偿,补偿后硅铝异质结构压力传感器的测量误差小于±1.5％FS.     

MEMS粗真空传感器研制

设计了硅基MEMS粗真空传感器及其工艺流程,分析了 MEMS粗真空传感器的工作原理和过程,制作了MEMS粗真空传感器,并对其真空敏感特性和温度交叉敏感特性进行了实验研究.研究结果表明:采用恒压源供电时,制作的MEMS真空传感器灵敏度高达0.55μV/Pa,同时,具有很好的线性度和重复性.     

Analysis and design of a wide micro beam as a pressure gauge for high sensitivity MEMS fingerprint sensors

Sensitivity improvement is a challenging issue in miniature pressure sensors. To improve sensitivity and linearity of the device, a wide micro beam structure has been proposed to gauge capacitance changes caused by the applied pressure in a capacitive MEMS fingerprint sensor. Bending behavior of the device and the effect of the protrusion geometry on partial loading of the micro beam has been analytically investigated. Based on the idea of efficient loading of the wide micro beam, an improved design for the capacitive fingerprint sensor is developed to increase sensitivity. It is shown with FEM simulations that the micro wide beam design is superior to the common membrane based MEMS fingerprint sensors in terms of sensitivity and linearity.     

微型双模式耐蚀压力传感器设计及特性分析

本文提出一种微型双模式耐蚀压力传感器设计并分析其测试特性,能够实现静态力和瞬时力的同步测量。该传感器由基于低温共烧陶瓷的压阻测量单元和基于硅橡胶的电容测量单元构成。并由压阻测量单元实现静态力的测量,电容测量单元实现瞬时力的测量。文中分别计算了压阻测量单元和电容测量单元的数学分析模型,并通过有限元仿真研究传感器的静态特性和模态响应,考量传感器结构参数对其测量性能的影响。     

低真空封装的新型变电容面积MEMS惯性传感器阶跃响应特性分析

一种新型变电容面积MEMS惯性传感器与传统的梳齿电容传感器相比,具有对梳齿电容不平行敏感度低,可加测试电压高等优点.通过对该传感器在低真空封装条件下的惯性阶跃响应特性分析,着重研究了不同梳齿电容倾斜角度对该传感器的阶跃惯性信号响应的影响,以及不同倾斜角度梳齿的位移响应和测试电压、空气真空度的关系,并把该结果和梳齿结构的情况进行比较.结果表明,工艺因素对变电容面积MEMS惯性传感器在低真空封装下的阶跃惯性响应影响很小;另外,该结构上可加的测试电压可以是梳齿电容结构上可加测试电压的近10倍,这有利于减小接口电路的噪声.以上分析论证了该新型传感器有利于降低器件的工艺要求和提高传感器的分辨率.     

具有空间连续行为的微型压力传感器系统级建模

大多数MEMS器件(如梁、膜等)的动态特性方程为偏微分方程,因此建立对应组件的可重用参数化行为模型是一个难题.本文通过有限差分法把偏微分方程转化为常微分方程组,然后采用混合信号硬件描述语言进行描述,解决了该问题.针对电容式微型压力传感器,专门考虑膜片的空间连续行为以及结构、静电力的耦合作用,建立了包含接口电路在内的系统模型,据此进行了动态行为仿真.通过结果对比,验证了方法的实用性.相对于通用的参数化组件模型,当前MEMS商业化软件多采用逐个器件进行宏模型抽取的方式实现系统级建模和仿真.     

电容式压力传感器微电容测量集成电路的研制

采用开关电容技术的Boxcar(时域平均)积分原理设计,为测量电容式压力传感器的微电容的接口电路已提出。它由Boxcar积分器,锁存器,脉冲宽度调制器和控制信号电路组成。该接口电路,采用3μm P-阱CMOS双层多晶硅栅工艺研制,管芯面积为2.5mm×3.5mm.测试结果表明,接口电路具有较好的灵敏度,它能将硅集成电容式压力(加速度)传感器集成在同一芯片上,实现一体化。     

A novel capacitive pressure sensor and interface circuitry

A novel capacitive pressure sensor with the island-notch structure is introduced. Its theory model is established based on the structure theory of the plate capacitive pressure sensor. The relationships between the external pressure and capacitance of the capacitive pressure sensor with the island-notch structure are studied by using the method of the finite element analysis (FEA). The results show that the linearity of the capacitive pressure sensor with island-notch structure reached up 0.9941 in the linear measurement zone, the sensitivity reached up 0.0019 pF/kPa, and the measurement range of the capacitive pressure sensor is enlarged. Thus, the contradictory among measure sensitivity, linearity and measure range is effectively relieved in the capacitive pressure sensors with island-notch. In addition, the interface circuitry of the charge transfer is designed, and the performance of the interface circuitry is analyzed.     

微加热板式半导体微气压传感器的测试

组建了一套用于半导体微气压传感器的测试系统。该系统主要由真空装置和信号采集系统两部分组成。该系统为半导体微气压传感器的研制提供了实验平台,利用该系统对一种微加热板式传感器的微气压特性进行了实验测试及分析。     

单极板微位移电容传感器结构设计与优化

根据单极板微位移电容传感器结构优化设计的问题,提出了一种基于纵横推进法的电磁场仿真参数化建模方法。在建立合理的单极板电容传感器电磁仿真参数模型基础上,首先通过仿真实验选择保护环和绝缘层缺口的最优值。然后依据仿真得到的最优值,选择结构与最优值接近的电容传感器产品对比,取得了较好的研究结果,电容仿真值与实际测量值误差小于0.3%。最后对电容传感器极板倾斜对测量结果的影响进行了研究,极板倾斜2°时测量误差为1.6%。电容传感器结构优化结果满足实际工程要求。     

一种新型电客式蓝宝石压力传感器

介绍一种高精密、高稳定、线性度佳、结构简单的新型电容式蓝宝石压力传感器.以圆形c面(0001)取向蓝宝石片作为压力传感器的膜片和基片,并且采用两种方案改善普通电容式蓝宝石压力传感器的非线性特性.第一种方法是在一个基片中央区电极内制作一个圆形无金属电极区(圆形无电极区的直径与中央区电极的直径具有特定比率),提高线性度,改...     

基于双声表面波器件的引信加速度传感器

In view of the shortcomings of silicon micro acceleration sensor based on piezoresistive effect and capacitance principle, such as temperature drift, low resolution and poor anti-interference ability, a fuze acceleration sensor based on dual SAW devices is proposed. The sensor adopts a dual saw device structure, one is coated with a sensitive film for measurement, the other is an uncoat- ed reference channel for compensation of environmental temperature, pressure, humidity and other factors. The experimental results show that the maximum linear error is only 1.6%, the sensitivity is 54.3Hz/g, and the maximum hysteresis error is less than 1%. Compared with piezoresistive accelerometer and capacitive accelerometer, the linear error of the accelerometer is small, the sensitivi- ty is high, and it has strong anti-interference ability.