耐高温压阻力敏硅芯片及静电键合工艺

采用微型机械电子系统(MEMS)技术制作出了平膜型硅隔离(SOI)耐高温压阻力敏硅芯片,采用静电键合工艺将该力敏硅芯片封装在硼硅玻璃环上,制作出倒杯式弹性敏感单元.分析了静电键合时力敏硅芯片与玻璃环的对准偏差对力敏硅芯片非线性的影响;实验验证了静电键合工艺对硅芯片温度性能的影响以及制作的耐高温压力传感器的性能.结果表明,对准偏差对硅芯片的非线性有较大影响;静电键合工艺对硅芯片的零位时漂和热零点漂移影响较小;制作的耐高温压力传感器具有优良的性能指标,能满足实际的工程应用需求.     

倒杯式耐高温高频响压阻式压力传感器

采用微型机械电子系统(MEMS)技术制作出了高精度、高灵敏度的硅隔离(SOI)倒杯式耐高温压阻力敏芯片,利用静电键合工艺将力敏芯片封装到玻璃环上,再通过玻璃浆料烧结工艺或高温胶黏剂将玻璃环装配到齐平式机械结构上,从而避免了管腔效应的影响,实现了耐高温高频响压阻式压力传感器的基本制作.通过有限元仿真和实验,分析了安装预紧力对传感器性能的影响,由传感器静态和动态实验得到传感器的精确度为±0.114%FS,动态响应频率为694.4 kHz,均满足火工品爆破测试等高温高频动态压力测试的要求.     

一种半导体压力传感器

根据有限元工具ANSYS的分析结果,设计了一种半导体压阻式压力传感器——绝缘体上硅(SOI)压力传感器,并完成了制作.测试表明,除具有良好的静态特性之外,与同类压力传感器相比,SOI压力传感器的工作温区宽,最高工作温度可达220℃;稳定性高,30d内的零点漂移小于0.2%;温度特性好,灵敏度温度系数约为-5.1×10-4/℃.此外传感器的结构简单,采用半导体集成电路平面工艺结合微机械加工技术制作,易于实现批量生产,有广阔的应用前景.     

微机电系统压力传感器抗干扰系统设计

鉴于传统的硅基MEMS压阻式压力传感器普遍存在温度漂移和时间漂移误差,本文采用恒温控制和恒流源自校正方法针对上述问题设计和研究了一种MEMS压力传感器抗干扰系统。首先,简单介绍了传感器的各项参数和温漂、时漂原理。其次,设计并制作了传感器相关外部抗干扰电路。最后,对该系统进行实验测试。结果表明,抗干扰系统能减小传感器温漂和时漂误差,热零点漂移的绝对值由恒温前的0.0652%FS/℃降至恒温后的0.00788%FS/℃,热灵敏度漂移的绝对值由0.118%FS/℃降至0.0153%FS/℃,时漂补偿后预测误差由-3.436~0.875 kPa降低至-2.086~1.765 kPa。该设计对MEMS压力传感器温漂、时漂补偿等抗干扰方面的研究具有一定参考价值。     

Si/Mo结构烧结应力随烧结温度的变化

提出了一种新的低温烧结硅/钼结构的方法.根据热弹性理论和复合材料层间应力理论,分析了不同烧结温度下硅/钼结构的层间应力情况,并采用红外光弹系统测量了硅片中的应力分布.实验结果表明,硅片中的应力分布随烧结温度的不同而不同,应力随烧结温度的降低而减小.将实验结果与理论结果进行比较,发现两者吻合较好,从而验证了理论分析的正确性.     

硅粉常压直接氮化过程的非催化气固反应模型

以平均粒径2.2μm、纯度99.99%的硅粉为原料,采用纯度99.993%的高纯氮气作为反应气体,在1350和1400℃下进行了氮化时间为10～30 min的氮化实验,得出了不同温度下硅粉转化率随反应时间的变化关系.将硅氮反应看成非催化气固反应,建立了硅颗粒氮化动力学模型.通过对实验数据的拟合,得出两个模型参数:硅氮反应速率常数和氮气在产物层中的扩散系数.假定反应速率常数和扩散系数均满足阿伦尼乌斯公式,求得化学反应激活能和指前因子分别为2.71×104J·mol-1和3.07×10-5m·s-1,扩散激活能和指前因子分别为1.06×105J·mol-1和1.12×10-9m2·s-1.利用本文得出的氮化动力学模型对各温度下不同粒径硅粉的转化曲线进行了预测,预测曲线与文献中的实验数据在趋势上吻合较好.     

硅压力传感器零点及零点温漂补偿的新方法

分析了目前已发表的硅压力传感器零点及零点温漂串并联补偿电阻阻值计算方法的缺陷,提出了一种新的计算方法,并对它进行了简化,使得只需测量流过电桥的电流,桥压以及零点输出,而无需测量电阻就可计算出补偿电阻的大小,实验证明,经一次计算补偿,可使零点漂降低一个数量级,使用极其方便,尤其适用于批量生产。     

集成扩展电阻硅流量传感器的研究

提出了一种新型集成扩展电阻硅流量传感器。此结构的工作原理是基于热传导原理，即当流体流过加芯片时，芯片两端的温差可以用于测量流体的速度。由于应用硅扩展电阻作温度敏感元，故ＳＲＳＦ传感器适用于测量温度较高的流体。分析和实验研究结果表明，ＳＦＳＲ传感器具有如下特点：小流量时灵敏度较高，有方向敏特性；与标准ＩＣ工艺兼容，可制成集成化流量传感器。     

离子交换法研制变折射率玻璃

用Na~+-Li~+和Ag~+-Na~+离子交换研制变折射率玻璃。用电子探针测定交换后玻璃中的Na_2O和Ag_2O浓度分布,求得互扩散系数。用干涉剪像法测定了玻璃表面的折射率分布。在实验温度下,渗透深度与交换时间平方根成正比。锂镁硅系玻璃在400℃的95%NaNO_3-5%Na_2SO_4盐浴中交换196h后,渗透深度达1.26mm;交换60h后,表面与内部折射率差为-0.026。锂镁铝硅玻璃在420℃的同样溶液中交换180h后,渗透深度达1.40mm。400℃时这两种玻璃中Na~+-L~+互扩散系数分别为10~(-10)～10~(-6)cm~2s~(-1)和2.3x10~(-11)～2.4～10~(?)cm~2s~(-1),它随Na_2O相对浓度的增加而增加。钠铝硅玻璃在490℃的AgCl盐浴中处理124h后,Ag~+的渗透深度达2.70mm,折射率差为0.024,随着Ag_2O相对浓度的增加,Ag~+-Na~+互扩散系数从9x10~9增加到1.8x10~8cm~2s~(-1)。     

衬底温度对掺杂硅基薄膜结构的影响

采用双离子束溅射沉积法制备的掺杂硅基Si-SiO2和Al-Si-SiO2薄膜,实验中通过改变基片温度获得不同条件下的样品.测试发现,当基片温度低于450℃时,两种薄膜的XRD谱图中并未有明显的晶态峰存在,说明薄膜中并未形成晶态结构,样品的选区电子衍射花样的TEM测试结果也证明如此;当基片温度高于450℃时,XRD谱图中才呈现出几个微弱的晶态峰,说明薄膜中可能有Si或A1的晶粒出现.样品的XPS测试结果表明,Si-SiO2薄膜在温度较低时表现为欠氧富硅的结构SiOx(x ＜2),薄膜中的Si主要是以氧化物的形式存在,当基片温度高于450℃时,根据Si的XPS特征峰的硅双峰结构能够确定薄膜中的硅形成了较显著的硅的原子团簇.而对于Al-Si-SiO2薄膜,Al主要是以单质铝的形式存在,Si是以氧化物的形式存在,实验中可以通过改变靶材中铝片的面积大小,改变薄膜中的铝和硅的含量.