500pa微压传感器的研制.pdfVIP

500pa徽压传感嚣的研制 沈绍群 鲍敏杭 复旦大学屯子工程系传感器研究室 上海，200433 孙立镌 哈尔滨理工大学计算机应用技术研究所啥尔滨150080 摘要，本文对压阻式扩散硅微压传感器的设计、制作等方面进行丁研究，并考虑了微压 传感器灵敏度、非线性、稳定性和过载能力等方面的相互矛盾和存在问题，在PT．24的版 圈基础上，对版图设计和工艺技术作了改进，成功地制作高灵敏度压力传感器。样品灵 敏度-30mV／SV／O．5kpa．非线性啦1％Fs，过载能力≥lOo倍满量程。 一引言 硅压力传感器发展的一个重要趋势．是向高灵敏度的微压传感器发展。1993年我们 事先采用微机械的粱膜结构制得PT·24；l[程lkpa微压传感器【lj。但在进一步提高灵敏度的 研究过程中，遇到如下几个阔题：(1)非线性随着灵敏度提高变差；(2)灵敏度提高，稳定 性变羞；(3)过载能力不够；(4)静电封接时背岛与玻璃基片相接。本文针对上述问题进行 了研究．在PT．24量程lkpa微压传感器的版图和工艺基础上进行改进和提高，成功地设计 并制作出PT．28量程500口a压阻式扩散硅徽压传感器。 二设计与工艺 500口a微压传感器的总体设计形状如图(1)所示·与lkpa粱膜结构的微压传感器比 较，在结构上作了如下改进： 巴[) e：] ● 图(i)(a)传感器俯视图 团蕊 图(1)．(c)BB，的截面图 图(1)．传感器的总体形状 (1)将粱．膜结构改为双岛粱膜结构．综舍粱膜结构与平膜取岛结构12l的优 点。在膜结构中．粱是一个凸形梁．如图(2)所示。 }87 bWl_爿 汪 陪——～w2————斟 圈(2)凸形粱结构示意图 图中Wl是正面粱宽，w2是背面粱宽，Ilo是粱厚度，ho-h。是膜厚度．为了提高灵敏度， 必须加大粱膜区的尺寸．当粱的宽大区的挠度不可忽略时，器件的非线性交差Ⅲ。在提高 灵敏度、加大粱膜区面积的同时，为了使器件的非线性不增加，在宽粱区的背面同时也 鸯 傲上岛，就能得到灵敏度高、线性度好的器件。但它也是不同于一般的双岛平膜结构． 因为双岛平膜结构中没有粱区和膜区之分。如果粱膜结构中凸形粱的厚度ll。与平膜结构 中的粱一样厚，则显然前者的惯性矩小于后者，在同样的压力下，凸形粱的上表面的应 力值太于厚度相同矩形粱同样位置处的应力，因此双岛粱膜结构既保持了粱膜结构灵敏 度高的优点，又吸收了双岛平膜结构线性度好的优点。 岛区的面积不是接比例放大或缩小。首先，为了增加灵敏度，应尽可能减小粱区的长度 和宽度。因为从对粱．膜．岛结构的有限元分析和近似解析分析中发现．减小粱区的长度和 宽度可以明显地使粱上的应力增大．并且当中间粱的长度约为两边粱长度的2倍时。器件 的线性度较好．在设计中．我们取中间粱长度为136岬而两边粱长度为721．tin．其二是选 择最佳的膜区、岛区比母