MEMS高温压力传感器若干关键技术的研究

论文题目: MEMS高温压力传感器若干关键技术的研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 机械电子工程

作者: 颜鹰

导师: 史铁林

关键词: 压力传感器,弹性膜片,各向异性腐蚀,有限元

文献来源: 华中科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文对一种新型MEMS 高温压力传感器进行了研究,该压力传感器以硅片为弹性片,敏感材料为Ni-Cr 合金,是利用溅射合金薄膜压力敏感元件和先进的加工工艺制作而成。这种压力传感器克服了压阻型压力传感器不能在高温下工作的缺点和传统的溅射薄膜压力传感器尺寸大的缺点,工艺过程简单,工艺周期短,工艺成本相对较低,体积小、重量轻、耐高温,特别适用于对流体介质的测量,是油田生产下井压力传感器的理想选择。本文的主要内容包括: (1)详细阐述应变电阻转换和溅射压力传感器的原理,对溅射式的敏感元件和变换电路作了简要的分析; (2)对压力传感器芯片应变模拟分析。详细介绍了弹性膜近似模型的应变模拟,传感器的几何尺寸、工作温度等对传感器的输出产生的影响。确定了敏感电阻的最佳布置区域,提高了传感器的灵敏度; (3)对压力传感器芯片的设计。在理论分析的基础上,详细介绍了每个参数的设计过程,对此传感器芯片的膜片尺寸、电阻条和版图进行了设计; (4)对传感器的工艺设计和试制的研究。根据实际工艺条件和实践经验,详细地分析完整的制造工艺方案,对关键工艺—各向异性腐蚀硅杯、镀膜工艺进行深入的研究,特别是用溅射金属铬膜作为掩模的各向异性腐蚀的研究,同时采用先进的加工工艺进行了传感器芯片的初步制作,对芯片形貌作了分析。最后,对全文进行了总结,并对所设计的压力传感器提出了展望。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题背景

1.3 课题的目的和意义

1.4 国内外发展现状与趋势

1.5 论文的研究内容

2 溅射薄膜压力传感器

2.1 应变电阻转换原理

2.2 溅射薄膜压力传感器的转换原理

2.3 溅射式的敏感元件

2.4 变换电路及补偿电路

2.5 本章小结

3 压力传感器芯片应变模拟分析

3.1 方形膜片应变的理论分析

3.2 ANSYS 弹性膜应变分布模拟

3.3 压力传感器弹性膜优化设计

3.4 本章小结

4 压力传感器芯片设计

4.1 方形应力膜片的设计

4.2 电阻条的设计

4.3 传感器的版图设计

4.4 本章小结

5 传感器的工艺设计和试制

5.1 工艺流程设计

5.2 传感器制备的主要工艺

5.3 金属CR 作为掩模的各向异性腐蚀

5.4 传感器的制作流程

5.5 器件形貌分析

5.6 本章小结

6 总结和展望

6.1 全文的总结

6.2 对将来的展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

附录2 所用的压力传感器版图

发布时间: 2006-04-05

参考文献

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[7].MEMS压阻式压力传感器技术研究[D]. 牛松杰.苏州大学2016
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[10].基于MEMS传感器的姿态解算的FPGA实现[D]. 廖文平.长沙理工大学2015

MEMS高温压力传感器若干关键技术的研究

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