E+E微压力传感器的设计与制作工艺研究
E+E微压力传感器是在微机电系统领域zui早开始研究并且产业化的微机电器件之一,微机电系统以微加工工艺为重点研究内容。主要对E+E微压力传感器的相关部分进行设计,并在研究相关微加工工艺的基础上制作了一种验证性的压阻式E+E微压力传感器。主要内容如下:利用压阻效应、大(小)挠度理论、膜的应力形变等力学、电学知识设计了一种压阻式E+E微压力传感器。

E+E微压力传感器的设计与制作工艺研究
在生物医学领域,可侵入人体内的微型压力传感测量技术在疾病诊断中发挥着重要的作用。在高温、高压、强电磁扰和腐蚀性的工业环境下,也需要微型传感器对压力进行测试。工作是研制一种微型非本征法布里一珀罗涉(Extrinsic Fabry-Perot Interferometric,EFPI)E+E微压力传感器,它的全石英结构长期稳定性好,结构小巧,制作技术简单,成本低廉,非常适用于高温高压、强腐蚀性的恶劣环境及狭小空间。利用光的涉理论分析了EFPI传感头的涉原理,通过参考EFPI微传感器的各种典型结构,确立了微型EFPIE+E微压力传感器的结构设计方案:在单模微末端熔接一段中空石英丝,在石英丝的另一端熔接石英膜片,通过研磨和腐蚀法将膜片加工成一定厚度的薄膜。单模微末端面和薄膜之间形成F-P涉腔,整个传感头外径只有125μm。并提出一种初始腔长的确定方法,实验中腔长可以精确地设置在20μm以上。研制出一种微型EFPIE+E微压力传感器,并采用白光源光谱域解调方法进行了压力的定标和温度敏感性的测量实验。实验结果表明,设计的微型EFPIE+E微压力传感器性能良好,在0～25MPa范围内,压力-腔长关系曲线的线性度达0.99996,腔长一压力灵敏度为2nm/MPa;该传感器温度敏感性小,在22～200℃的温度范围内,腔长的温度敏感性约为0.03nm/℃。此种传感器理论上具有较大的灵敏度,测压范围能根据要求而变化。研究了微电容式压力传感器的差动电容结构设计和微谐振式压力传感器的微谐振子结构设计,利用ANSYS软件对微差动电容的结构进行了优化设计。初步研究了利用PECVD淀积Si3N4薄膜的工艺,讨论了影响薄膜质量的相关工艺参数;初步研究了用ICP刻蚀SiO2和Cr的相关工艺;通过分析不同浓度TMAH腐蚀液在不同温度下其PH值的变化,研究了以溶液PH值作为腐蚀溶液的控制参数。基于某些微加工工艺制订了一套工艺流程,成功制作了前面所设计的压阻式E+E微压力传感器芯片。

E+E微压力传感器的设计与制作工艺研究
实验过程表明:此工艺流程简便、可操作性强、成品率高。基于惠斯顿电桥的测量原理,利用两级放大电路和两级巴特沃思低通滤波电路搭建了一简单的测试电路系统,成功地检测出了输出电压的微小变化值并得出了一些初步的实验数据,验证了芯片设计和工艺流程的正确可行性。论文的相关研究和实验结果对于E+E微压力传感器的设计、制作具有一定的参考价值,微加工工艺的相关研究结论也可以应用在其它微机电器件的制作上。