低量程微型压力传感器研究.doc
约41页DOC格式手机打开展开
低量程微型压力传感器研究,2.2万字自己的毕业设计，原创的，仅在本站独家提交，推荐下载摘要传感器技术是现代科学技术发展水平的重要标志，是构成现代信息产业的三大支柱之一。在各种传感器中，硅压力传感器是应用最为广泛的一种，主要包括压阻式、电容式和谐振式三种类型。目前应用最广泛的是压阻式，其中主要是扩散硅压力传感器，其扩散电阻...
内容介绍
此文档由会员 jiji888 发布
低量程微型压力传感器研究
2.2万字
自己的毕业设计，原创的，仅在本站独家提交，推荐下载
摘要
传感器技术是现代科学技术发展水平的重要标志，是构成现代信息产业的三大支柱之一。在各种传感器中，硅压力传感器是应用最为广泛的一种，主要包括压阻式、电容式和谐振式三种类型。目前应用最广泛的是压阻式，其中主要是扩散硅压力传感器，其扩散电阻硅衬底之间是PN结隔离，但当工作温度超过120℃时，PN结漏电加剧，使传感器特性严重恶化以至失效。
随着MEMS中新工艺和新材料的出现，压力传感器向微型化和低量程发展，必须进一步提高传感器的灵敏度，在不增加压力和芯片面积的情况下增加电阻上受到的应力，即使膜应力集中在电阻上。通常的做法是减小硅膜的厚度。但这样做一方面难以在工艺上控制薄膜的厚度，增大不均匀性。另外，当膜厚度小时，硅膜弯曲属于大挠度的非线性弯曲，导致传感器的非线性急剧增加，从而降低了测量精度，为了同时获得较高灵敏度和较好的线性度，必须对硅膜结构加以改进，代替原来的PN结，提高耐高温性能和稳定性。本文开展微型压力传感器芯片的力学性能分析与研究，为微型高温压力传感器的研究与开发提供理论依据。
关键词：微型压力传感器 有限元 优化设计 动态特性 工艺流程
ABSTRACT
Sensor technology is important in the development of modern science and technology. It is one of three greatest technique of the information industry. Silicon pressure sensor is the mostly widely used among all the kinds of sensors, which includes piezo-resistive, capacitive and resonant sensors. At present, piezo-resistive pressure sensors are applied most widely, that mostly are made by form diffused strain gauges on the thin silicon diaphragm. This sensor uses isolation by reverse biased PN junction，whose junction leakage current rises at elevated temperature over 1200C， which deteriorate sensor characteristic so serious that it would disable the sensor.
With the emergence of new technology and new materials in MEMS industry， pressure sensor develops along the direction of microminiaturization and low range. In order to improve the device's sensitivity, the stress on the resistance must be increased at the same pressure and chip area，namely make the stress concentrate on the resistance. The usually used method is to reduce the thickness of silicon membrane. But on the one hand， it would be more difficult to control the thickness in process，and increase the uneven of thickness. On the other hand， when the thickness is very small, silicon membrane bending is the nonlinear bending of large deflection， resulting in sharp increase in nonlinearity,consequently reduces the accuracy of device. To obtain higher sensitivity and better linearity simultaneously，the structure of silicon diaphragm must be improved to replace original PN junction,to enhance the working temperature and stability. In this thiesis analysis and research on Mechanical properties of micro pressure sensor chip is to provide theoretical basis for the research and development of micro high temperature pressure sensor.
Keywords: Micro pressure sensor Finite element Optimum design Dynamic characteristics Process flow
目 录
第一章 绪论 1
1.1 微机电系统简介 1
1.1.1 微机电系统起源 1
1.1.2 微机电系统的特点 1
1.1.3 微机电系统国内外发展现状与趋势 3
1.1.4 MEMS技术展望 4
1.2 微传感器 5
1.2.1 微传感器简介 5
1.2.2 微传感器研究现状及市场前景 6
1.2.3 压阻式压力传感器 8
1.3 耐高温压力传感器 9
1.3.1耐高温压力传感器的简介 9
1.3.2耐高温压力传感器国内外发展现状 10
1.4 本文的研究内容 13
第二章 理论基础与分析 14
2.1 总体结构设计 14
2.2 弹性元件结构初步设计 15
2.3 弹性元件结构优化设计 15
2.3.1 岛直径的大小对应力值的影响 16
2.3.2 两岛中心距的变化对应力值的影响 16
2.3.3 梁宽度的变化对应力值的影响 16
第三章 薄膜应力 17
3.1 薄膜应力产生机理模型 17
3.2 薄膜应力释放机制 19
3.3 薄膜应力控制技术 20
3.4 薄膜应力测量技术 21
第四章 传感器灵敏度 26
4.1 传感器灵敏度的动态标定 26
4.2 超压测试 27
4.2.1 测试系统 27
4.2.2 传感器的安装 27
4.2.3 测试结果 27
4.2.4 数据处理 28
第五章 压力传感器检测电路分析 30
5.1 基于惠斯顿电桥的压力传感器 30
5.2 压力传感器的温度误差补偿 30
5.3 压力传感器检测电路分析 31
第六章 结论 34
致谢 35
参考文献 36
2.2万字
自己的毕业设计，原创的，仅在本站独家提交，推荐下载
摘要
传感器技术是现代科学技术发展水平的重要标志，是构成现代信息产业的三大支柱之一。在各种传感器中，硅压力传感器是应用最为广泛的一种，主要包括压阻式、电容式和谐振式三种类型。目前应用最广泛的是压阻式，其中主要是扩散硅压力传感器，其扩散电阻硅衬底之间是PN结隔离，但当工作温度超过120℃时，PN结漏电加剧，使传感器特性严重恶化以至失效。
随着MEMS中新工艺和新材料的出现，压力传感器向微型化和低量程发展，必须进一步提高传感器的灵敏度，在不增加压力和芯片面积的情况下增加电阻上受到的应力，即使膜应力集中在电阻上。通常的做法是减小硅膜的厚度。但这样做一方面难以在工艺上控制薄膜的厚度，增大不均匀性。另外，当膜厚度小时，硅膜弯曲属于大挠度的非线性弯曲，导致传感器的非线性急剧增加，从而降低了测量精度，为了同时获得较高灵敏度和较好的线性度，必须对硅膜结构加以改进，代替原来的PN结，提高耐高温性能和稳定性。本文开展微型压力传感器芯片的力学性能分析与研究，为微型高温压力传感器的研究与开发提供理论依据。
关键词：微型压力传感器 有限元 优化设计 动态特性 工艺流程
ABSTRACT
Sensor technology is important in the development of modern science and technology. It is one of three greatest technique of the information industry. Silicon pressure sensor is the mostly widely used among all the kinds of sensors, which includes piezo-resistive, capacitive and resonant sensors. At present, piezo-resistive pressure sensors are applied most widely, that mostly are made by form diffused strain gauges on the thin silicon diaphragm. This sensor uses isolation by reverse biased PN junction，whose junction leakage current rises at elevated temperature over 1200C， which deteriorate sensor characteristic so serious that it would disable the sensor.
With the emergence of new technology and new materials in MEMS industry， pressure sensor develops along the direction of microminiaturization and low range. In order to improve the device's sensitivity, the stress on the resistance must be increased at the same pressure and chip area，namely make the stress concentrate on the resistance. The usually used method is to reduce the thickness of silicon membrane. But on the one hand， it would be more difficult to control the thickness in process，and increase the uneven of thickness. On the other hand， when the thickness is very small, silicon membrane bending is the nonlinear bending of large deflection， resulting in sharp increase in nonlinearity,consequently reduces the accuracy of device. To obtain higher sensitivity and better linearity simultaneously，the structure of silicon diaphragm must be improved to replace original PN junction,to enhance the working temperature and stability. In this thiesis analysis and research on Mechanical properties of micro pressure sensor chip is to provide theoretical basis for the research and development of micro high temperature pressure sensor.
Keywords: Micro pressure sensor Finite element Optimum design Dynamic characteristics Process flow
目 录
第一章 绪论 1
1.1 微机电系统简介 1
1.1.1 微机电系统起源 1
1.1.2 微机电系统的特点 1
1.1.3 微机电系统国内外发展现状与趋势 3
1.1.4 MEMS技术展望 4
1.2 微传感器 5
1.2.1 微传感器简介 5
1.2.2 微传感器研究现状及市场前景 6
1.2.3 压阻式压力传感器 8
1.3 耐高温压力传感器 9
1.3.1耐高温压力传感器的简介 9
1.3.2耐高温压力传感器国内外发展现状 10
1.4 本文的研究内容 13
第二章 理论基础与分析 14
2.1 总体结构设计 14
2.2 弹性元件结构初步设计 15
2.3 弹性元件结构优化设计 15
2.3.1 岛直径的大小对应力值的影响 16
2.3.2 两岛中心距的变化对应力值的影响 16
2.3.3 梁宽度的变化对应力值的影响 16
第三章 薄膜应力 17
3.1 薄膜应力产生机理模型 17
3.2 薄膜应力释放机制 19
3.3 薄膜应力控制技术 20
3.4 薄膜应力测量技术 21
第四章 传感器灵敏度 26
4.1 传感器灵敏度的动态标定 26
4.2 超压测试 27
4.2.1 测试系统 27
4.2.2 传感器的安装 27
4.2.3 测试结果 27
4.2.4 数据处理 28
第五章 压力传感器检测电路分析 30
5.1 基于惠斯顿电桥的压力传感器 30
5.2 压力传感器的温度误差补偿 30
5.3 压力传感器检测电路分析 31
第六章 结论 34
致谢 35
参考文献 36
