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2010钲 仪 表 技 术 与 传 感 器 2010 第8期 Instrument Technique and Sensor No．8 用有限元仿真计算压阻式MEMS压力传感器的输出 孙小龙 (北京大学微 电子研究所青鸟元芯微系统科技有限责任公司，北京 100871) 摘要：讲述了一种用Coventorware对压阻式MEMS压力传感器进行有限元仿真的方法，用这种方法可以直接计算 出 传感器在额定压力下的信号输出。这种方法可以使 MEMS压力传感器设计过程变得精确、直观和简单，改变了以往设计 过程中通过经验来确定压力传感器膜厚度和电阻条位置的方式。 关键词：MEMS；压力传感器；有限元分析；Coventorware 中图分类号：T1；212 文献标识码：A 文章编号：1002—1841(2010)08—0012—04 UsingFiniteElementSimulationCalculate Output-voltageofMEMSPiezoresistivePressureSensor SUN Xiao—long (FirstMEMSCo．，Ltd，PekingUniversity，Beijing100871，China) Abstract：A finiteelementsimulation method toanalyzeMEMS piezoresistivepressuresensorbyusingsimulationsoftware coventorwarewaspresented．Theoutput—voltageofthesensorunderacertainpressurecanbecalculateddirectly．Thismethodcan makethedesignprocessofMEMSpressuresensoraccurate，simpleandintuitionistic．Itisdifferentfrom thetraditionalwaywhich designsthethicknessofsensormembraneorlocationofresistorbyexperienceonly． Keywords：MEMS；pressuresensor；finiteelementanalysis；Coventorware 0 引言 经过合理设计使得 AR。=一AR：=AR3=一AR =ARP，则上式 该项 目传感器的敏感元件利用单晶硅的压阻效应原理制 简化为 成，在单晶硅上形成一个与传感器量程相应厚度的弹性膜片， ： II 采用 MEMS工艺在膜片上形成4个应变电阻，组成惠斯登电 桥。当压力作用后，电桥的输出端就会输出一个与被测压力成 1．2 压阻效应 一 对于金属或半导体材料，若沿它的某一晶面加以压力或拉 定比例的电压信号。文中用有 限元模拟软件 CoventorWare 来对MEMS压力传感器进行仿真。 力时，其晶格内部将产生畸变，这一畸变将导致晶体内部能级 构造的变化，而进一步导致载流子相对能量的改变，从而引起 1 理论分析