氢化硅薄膜介观力学行为研究和耐高温E+E压力传感器
主要针对氢化硅薄膜介观力学行为和耐高温E+E压力传感器这两个问题展开了理论与实验的研究。氢化硅薄膜广泛应用于光电子器件,如二极管、薄膜晶体管、太阳电池、液晶显示器等,人们对其光电特性作了深入的研究,但对力学特性涉及很少。已有的研究表明氢化硅薄膜,尤其是纳米硅薄膜有很强的应力敏感特性,在高灵敏度E+E压力传感器、位移传感器和量子隧道传感器等相关器件应用上有极大的应用前景,因此通过对氢化硅薄膜显微结构与介观力学性能的研究,探明二者之间关系(内禀关联特性)为器件开发的提供基本数据。

氢化硅薄膜介观力学行为研究和耐高温E+E压力传感器
对射频等离子体增强化学气相沉积(RF-PECVD)系统进行了改造,制备了氢化硅薄膜,成功地进行了磷或硼的掺杂。用拉曼谱揭示了氢化硅薄膜的晶粒平均大小和晶态比;用椭偏仪测试了所制备薄膜的厚度;用X射线衍射谱对薄膜微结构和材料性能的进行了比较。以相同的工艺在玻璃和单晶硅衬底上制备了本征或掺磷(硼)的纳米硅薄膜,对不同衬底上纳米硅薄膜进行了对比研究,发现衬底对薄膜生长速率影响不大,但所制备薄膜的微观结构有很大的差异。相同工艺条件下,在玻璃衬底上生长的薄膜,表面粗糙度小于单晶硅衬底上的薄膜;而晶化程度低于单晶硅衬底。掺杂使微结构有了变化,掺磷促进晶化,掺硼促进非晶化。用不同波长的激光线对单晶硅,纳米硅薄膜和非晶硅薄膜拉曼散射实验,发现拉曼线形随激光线波长的不同而不同。当用紫外光短波长325nm激光线激发时,由于穿透深度浅,在318.2cm~(-1)处出现了小峰。无论单晶硅衬底还是玻璃衬底的硅薄膜,当用785nm激光线激发时,由于穿透深度深,对单晶硅衬底的薄膜,反映了衬底的信息,在520.0cm~(-1)附近有尖锐的谱峰;而对玻璃衬底的薄膜而言,则是弥散的拉曼光谱,反应了玻璃衬底非晶无序的微结构特征。对氢化硅薄膜介观力学行为及其与微结构内禀关联特性进行了研究,发现相同的晶态比,制备于玻璃衬底上的氢化硅薄膜由于存在非晶态的过渡缓冲层,弹性模量小于相应的制备于单晶硅衬底上的氢化硅薄膜。由于磷的掺入,薄膜中晶粒细化,有序度提高,薄膜的晶态比一般在40%以上。硼的掺入,晶态比减小,一般低于40%。同时发现对掺磷,本征和掺硼的氢化硅薄膜,分别在晶态比为45%,30%和15%左右,弹性模量zui小。这些研究结果对器件级硅薄膜的制备以及器件化有重要的指导意义。针对高灵敏度纳米硅薄膜E+E压力传感器的研究,本文进行了耐高温E+E压力传感器的研究。制作了热压焊工作台,选用退火后的金丝,通过金金连接完成内引线键合。掌握了耐高温胶粘剂的实用配比及固化工艺;自制了耐高温覆铜传引板,采用含银的高温焊锡丝,选用耐高温导线作为外导线,完成了耐高温传感器封装的关键部分。 选用恒流源激励,设计了温度补偿电路,用对温度求导数的数学方法,推导了灵敏度热漂移(temperature coefficient of sensitivity,TCS)、热零点漂移(temperature coefficient of offset,TCO)和零位输出(offsetshift of voltage,V_(os))漂移补偿计算公式,实现了宽温区温度系数补偿,在-20℃～200℃补偿温区内,通过温度循环标定,经补偿后TCS和TCO的值均小于1.0×10~(-4)/℃·FS;非线性误差小于0.1%FS,不重复性和迟滞误差均小于0.05%FS,总精度小于0.2%FS,高、低温时漂均小于0.1mV/8h,获得了量程从0～40MPa、耐温-40～220℃。

氢化硅薄膜介观力学行为研究和耐高温E+E压力传感器
具有一定抗瞬时高温冲击能力,高精度稳定性佳的压阻式E+E压力传感器,静态技术指标优于同类型Kulite公司产品。后又用针对适用于塑料、橡胶、化纤、蒸汽、热油等高温介质压力的测量工况,采用分体结构,研制了通用型分体式耐高温E+E压力传感器,用汞作为传压介质,使被测高温高压液体或气体与敏感元件隔离开来,大大地拓宽了工作温区,使传感器工作温度提高到350℃。