硅压阻式微传感器的制造工艺研究
mems压阻式传感器工作原理
mems压阻式传感器工作原理
Mems压阻式传感器是一种基于微机电系统(Microelectromechanical Systems, MEMS)技术制造的压力传感器，通过测量薄膜电阻的变化来检测压力的变化。
工作原理如下：
1. 薄膜制备：在压阻式传感器的芯片上制备一层薄膜，通常使用硅材料制成。
2. 压力感应：当外部施加压力到传感器上时，薄膜会发生变形，变形程度与压力的大小成正比。
3. 电阻变化：薄膜上有一系列的电阻，这些电阻会随着薄膜的变形而发生改变。
通常，薄膜上的电阻布局为一系列细长电阻条，形成一个电桥电路。
4. 电桥电路：电桥电路是由两个电阻共享电流的分压电路。
薄膜上的电阻条为电桥电路提供输入电阻。
当薄膜发生变形时，电桥的电阻比例会发生变化，从而改变了电桥的电压输出。
5. 信号处理：电桥的电压输出信号经过相关的放大和滤波电路进行处理，并转换成数字信号。
6. 压力测量：通过测量电桥输出信号的变化，可以判断外部压力的大小和变化。
Mems压阻式传感器因其小型化、高精度和低功耗等特点，在压力、重力、加速度等方面的测量中得到广泛应用。
硅压阻式微传感器的制造工艺研究
硅压阻式压力微传感器的设计与制造工艺研究指导老师：来五星作者：勇杰挺周晶晶渝佳易伟铭昆硅压阻式压力微传感器的设计与制造工艺研究摘要：硅压阻式压力传感器是最早开始研究并实用化的微传感器之一，它结构简单、体积小、成本低、应用围广，且已经实现大批量生产，在某些领域已经取代传统传感器。
进一步研制小体积高精度的微传感器，扩大其适用围是未来的趋势。
本文首先叙述了压阻式压力微传感器的原理和设计方法，然后针对硅压阻式压力微传感器的制造，给出了两种不同的制造工艺流程，并接着对其优缺点进行了横向比较，以期优化该种传感器的工艺。
关键词：微传感器；压阻式；制造工艺；设计一、引言压力传感器是用来测量流体或气体压力，大规模生产的计量或传感单元。
传统的压力传感器体积大、笨重、输出信号弱、灵敏度低。
应用微电子技术，在单晶硅片的特定晶向上，制成应变电阻构成的惠施顿电桥，同时利用半导体材料的压阻效应和硅的弹性力学特性，用集成电路工艺和微机械加工技术研制固态压阻压力传感器，它们具有体积小、灵敏度高、动态特性好、耐腐蚀和灵敏度系数好等优点。
二、压阻式压力微传感器原理图2-1 硅杯式压力传感器原理结构由图2-1可知，当压力作用于微型硅膜片上时，硅膜片将发生弯曲和应变（应力）。
基于硅的压阻效应，当其应变化时，必将引起相应的电阻变化。
当压力P 按图示方向作用在膜片上，桥路上的压敏电阻R1和R3的值增加，R2和R4的值将下降。
若桥路由恒压压源V8供电时，其输出电压V0可用下式表示，即：0p s V S pV ∆=∆ （2-1）或写成： 01p sV S p V ∆=∆ （2-2） 式中，p S 称为压力灵敏度。
式（2-2）表明，输出电压与被测压力成正比，测量0V ∆，即可得被测的对应压力p ∆。
因为电阻变化通常在0.01%~0.1%量级，故电桥输出电压很小，需要配置放大电路。
图2-2给出测量3种压力的原理方案：图（a ）是测量绝对压力的；图（b ）是测量差压的；图（c ）是测量表压的。
一种硅微压阻式压力传感器的研究
ｍ ｍ ｌ ａｉ ｅｐｅｏｅｉｏ ｅ ｒ ｉｅ ｍ ｒ ｅｔｅｓｎｉｖｔ Ｆ ｒ ｅｍ ｒ，ｈ ｔ ｓ ｄｓ ｉｕ ｕ ，ｏ ｔ ｎｏ ｔ ｉ ｒ ｓ ｒｉ ｄ ｔ ｍ ｎ ｄｔ ｉｐ ｏ ｈ ｅ ｓ ｉ ｙ ｕｔ ｒ ｏｅ ｔｅｓ ｅｓ ｉｒ — ｃ ｏ ｆｈ ｚ ｓｔ ｓ ｅ ｏ ｖ ｔｉ． ｈ ｒ ｔｂ ｔ ｎｉ ｓ ｌｔｄｆｒ ｉｅｅ ｔ ｒｓｕｅｔ ｏ ｔ ｎｒｌ ｉｎｓｈ ｍｅｂ ｔｅ ｎｉ ｕ ｄｏｔｕ ａｕ ｎ ｅｋ ｉ ｉ ａｅ ｆ ｒｎ ｅｓ ｒ ｏ ｂａ ｅ ｏ ｃｅ ｅｗ ｅ ｐ ｔ ｕ ｔ ｌｅａｄｐ ａ ｏ ｓ ｍｕ ｏｄ ｐ ｉ ａ ｔ ｎ ａ ｎ ｐ ｖ ｓ ｅｓ ｈｓｓ ｄ ｐ ｏｉｅ ｆ ｒｎ ｅ ｏ ｅｉ ｎ ｔ ｚ ｉ ｔｅ ｃｏ ｒｓｕｅ ｅ ｓｒ ｔ ｓ． ｉ ｔ ｙ ｒｖｄ ｓ ｒ ｅｅ ｃ ｆ ｒ ｓ ｎａ ｄｏ ｉ ａ ｏ ｏ ｈ ｒ ｐｅｓｒ ｓｎｏ． ｒ Ｔ ｕ ａｅ ｄ ｇ ｐ ｍｉ ｎｆ ｔ ｍｉ
算， 确定 了压敏 电 阻最佳放置位 置， 高灵敏度 ； 各个不 同的压 力下仿 真 出应力分布 图、 出输 入一 来提 并在 得
输 出关系图及应力峰值。研究为压阻式微压力传感器的结构以及优化、 稳健设计提供 了 一定参考。 关 键词 ： 压力传 感器 ； 敏 电阻 ； 微 压 弹性膜 片 ； 真 仿 【 ｂｔａｔ ｈ ｒ ｓｒ ｓｎｏ ｏ ｉ ｏ ｐｅｏｉｉ ｉ ０Ｐ ｌ ｓ ｌ ｓａ ｎ ｙ ｄａｄ Ａ ｓ ｃ］Ｔｅｐｅ ｕｅ ｅｓｒ ｆ ｍｃ ｉ ｓ ｔｅｗｔ ２ｋ ａ ｕ ｃ ｅ ｐ ｎｉ ａａ ｚ ， ｒ ｓ ｒ ｚ ｓｖ ｈ ｆ ｌ ａ ｓ ｌ ｅ ｎ
第 １ 期 ２１ ０ ２年 １ 月
文 章 编 号 ：０ １ ３９ （ ０ ２ ０ — １３ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ）１ ０ ０ — ３
微机电系统：压阻式压力传感器加工工艺设计
压阻式压力传感器加工工艺设计姓名：专业：学号：应用背景一、分类对压阻式压力传感器的芯体进行分类，大致有三种。
1、应变压阻式压力传感器2、陶瓷压阻式压力传感器3、扩散硅压阻式压力传感器二、特点1、灵敏度高：硅应变电阻的灵敏因子比金属应变片高50～100倍，故相应的传感器灵敏度很高。
由于它是一种非机械结构传感器，因而分辨率极高，且线性优良。
2、精度高：由于固态压阻压力传感器的感受、敏感转换和检测三部分由同一个元件实现，没有中间转换环节，所以不重复性和迟滞误差极小。
同时由于硅单晶本身刚度很大，形变很小，保证了良好的线性，因此综合静态精度很高。
3、体积小、重量轻、动态频响高：由于芯体采用集成工艺，又无传动部件，因此体积小，重量轻。
小尺寸芯片加上硅极高的弹性模数，敏感元件的固有频率很高。
在动态应用时，动态精度高，使用频带宽，使用带宽可以从零频至100千赫兹。
4、性能稳定、可靠性高：由于工作弹性形变低至微应变数量级，弹性薄膜最大位移在亚微米数量级，因而无磨损、无疲劳、无老化。
寿命长达107压力循环次以上。
5、温度系数小：由于微电子技术的进步，目前硅压阻传感器的零位与灵敏度温度系数已可达10-5/℃数量级,即在压力传感器领域已超过温度系数小的应变式传感器的水平。
6、适应介质广：由于硅的优良化学防腐性能，与硅油的良好可兼容性，使得隔离式结构易于实现，即使非隔离型的压阻压力传感器，也有相当程度的适应各种介质的能力。
结构及工作原理一、基本结构介绍如图2-31所示：其核心部分是一块沿某晶向切割的N型的圆形硅膜片（见图中硅膜片所指）。
在膜片上利用集成电路工艺方法扩散上四个阻值相等的P型电阻。
用导线（见图中引线所指）将其构成平衡电桥。
膜片的四周用圆硅环（见图中硅环所指）固定，其下部是与被测系统相连的高压腔（见图中高压腔所指），上部一般可与大气相通。
二、基本原理介绍压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。
压阻式压力传感器
掩膜版
步骤四：标准淡硼预扩散或离子注入，在经过标准再分布或退火 形成方块电阻率在80-250W可控的压阻，结深1-3微米。
• 恒定表面源扩散：在整个扩散过程中，硅片表面的杂质浓度 始终不变。
• 有限表面源扩散：扩散之前在硅片表面先淀积一层杂质，在 整个扩散过程中以这层杂质作为扩散的杂质源，不再有新源 补充。
1 硅片的清洗处理
2涂胶：涂胶的目的是在硅片表面形成厚度均匀、附着性强、并且没有缺陷的光刻胶薄膜。
3 前烘：经过甩胶之后的光刻胶虽然液态的光刻胶已经成为固态的薄膜，但含有10%~ 30%的溶剂，容易沾染灰尘。通过在较高温度下进行烘焙，使溶剂从光刻胶中挥发出来。 4 对准与曝光：曝光的光源为紫外光的汞灯，形成平行光束垂直照射到硅片上。受到光照 的光刻胶发生光化学反应，其内部分子结构发生变化。 5 显影：把曝光后的基片放在显影液里，将应除去的光刻胶膜溶除干净，以获得所需要 光刻胶的图形。
2）湿氧氧化：氧气通过盛有950C高纯去离子水的石英瓶后携带水汽到硅片 表面发生氧化反应： Si+O2SiO2 Si+2H2OSiO2+2H2 优点：生长速率较快；缺点：与光刻胶粘附性不好。
（3）氢氧合成氧化：在常压下分别是将纯H2 和纯氧直接通入石英管内，使之在一定温度燃 烧生成水，水在高温下氧化后与硅反应生成 SiO2，生长速度比湿氧快，膜质量好、纯度高。
• 两步扩散：实际生产中的扩散温度一般为900~1200℃，在
这样的温度范围内，常用杂质，如硼、砷等在硅中的固溶度
随温度变化不大，因而采用恒定表面源扩散很难得到低表面
浓度的杂质分布形式。实际生产中将扩散过程分为两步完成。
其中第一步称为预扩散或者预淀积，第二步称为主扩散或再
扩散硅压力传感器(MPX)实验
福建江夏学院
《传感器技术》实验报告
姓名班级学号实验日期
课程名称传感器技术指导教师成绩
实验名称：扩散硅压力传感器（MPX）实验
一、实验目地：
1. 掌握扩散硅压阻式传感器的工作原理
2. 了解扩散硅压阻式传感器的电路连接
二、实验原理：
MPX压阻式传感器芯片是用集成工艺技术在硅片上制造出四个呈X型的等值电阻组成的电路，它用激光修正，温度补偿，所以线性好，灵敏度高，重复性好，其工作原理及实验接线如图（22）
（图22）
本实验中所用的压阻式传感器为差压式，无外加压力时电路平衡输出出，受压时则输出与压力大小成正比的电压信号。
三、实验环境：
MPX压力传感器，公共电路模块（三）、气压源、胶管、电压表
四、实验步骤：
1、连接主机与实验模块的电源线及探头连接线，胶管连接气源输出与压力传感器输入口（传感器另一接口感受大气压力）。
2、开启主机电源，调节电桥WD调平衡电位器，使实验模块输出为零，开启气源开
关，逐步加大气压，观察随气压上升模块电压输出的变化情况。
3、待到气压相对稳定后，调节模块增益使输出电压值与气压值成一比例关系，并记录P（p）值与Vmv值。
在坐标上作出V-P曲线，验证传感器的线性度与灵敏度。
注意事项：
如果无法通过WD调零，可以在B和地之间并联一个电阻，用以调整电桥。
气源平时应关闭，以免影响其它电路工作，胶管尽量避免油污，以免造成老化破损。
硅基压阻式压力传感器工作原理
硅基压阻式压力传感器工作原理硅基压阻式压力传感器是一种常用的压力测量设备，它利用薄膜材料的机械变形特性，将外界施加的压力转化为电信号输出。
本文将详细介绍硅基压阻式压力传感器的工作原理以及其应用领域。
一、硅基压阻式压力传感器的结构与组成硅基压阻式压力传感器由四个主要部分组成：薄膜材料、传感电路、导线和封装壳体。
1. 薄膜材料硅基压阻式压力传感器的核心元件是由硅薄膜组成的压敏电阻器。
薄膜的制备通常采用微电子加工技术，将高纯度的硅片通过化学腐蚀等方法，制作成微米级厚度的薄膜。
2. 传感电路传感电路是将薄膜材料的电阻变化转化为电信号的重要组成部分。
传感电路通常由电桥电路构成，其中包括一个或多个传感电阻和补偿电阻。
3. 导线导线将传感电路连接至外部的电子设备，将传感器的输出信号传递出去。
4. 封装壳体封装壳体是为了保护传感器内部的组件，并提高传感器的可靠性和耐用性。
封装壳体通常由金属或塑料材料制成。
二、硅基压阻式压力传感器的工作原理1. 压力作用下的薄膜变形当外界施加压力作用于硅基压阻式压力传感器时，薄膜材料会发生一定程度的弯曲变形。
这是因为薄膜具有压电效应，当压力施加在薄膜上时，薄膜的形状会发生变化。
2. 电阻的变化薄膜材料的形变会导致材料内部的电阻发生变化。
通常情况下，当薄膜材料被压缩时，电阻值会有所增加；当薄膜材料被拉伸时，电阻值会有所减小。
3. 传感电路的作用传感电路通过连接在传感器上的电桥电路，对电阻值的变化进行检测和测量。
电桥电路通常由一个或多个传感电阻和补偿电阻组成。
当压力作用下，薄膜材料产生形变，导致传感电阻值的变化，进而引起电桥电路失衡。
传感电路通过检测电桥电路失衡的大小，将失衡量转化为电压或电流信号输出。
4. 输出信号的转化传感器的输出信号可以是电压信号或电流信号，其数值与受测压力成正比。
通过对输出信号的测量和计算，可以得到被测压力的实际值。
三、硅基压阻式压力传感器的应用领域硅基压阻式压力传感器具有结构简单、精度高、响应速度快、线性度好等特点，广泛应用于各个领域的压力测量和控制中。
硅微压阻式加速度传感器的设计
电源招聘专家硅微压阻式加速度传感器的设计硅微加速度传感器是。
MEMS器件中的一个重要分支，具有十分广阔的应用前景。
由于硅微加速度传感器具有响应快、灵敏度高、精度高、易于小型化等优点，而且该种传感器在强辐射作用下能正常工作，使其近年来发展迅速。
与国外相比，国内对硅微传感器的研究起步较晚，所做的工作主要集中在硅微加速度传感器的加工制造和理论研究。
文中以双端固支式硅微加速度传感器为研究对象，借助Aasys软件对其性能进行仿真分析，从而选出性能优良的结构形式。
1 传感器结构及工作原理压阻式加速度传感器是最早开发的硅微加速度传感器，弹性元件的结构形式一般均采用微机械加工技术形成硅梁外加质量块的形式，利用压阻效应来检测加速度。
在双端固支梁结构中，质量块像活塞一样上下运动，该结构形式的传感器示意图，如图1所示。
2 压阻式加速度传感器压阻式加速度传感器是最早开发的硅微型加速度传感器，也是当前使用较多的一种。
20世纪80年代初，美国斯坦福大学的Roylance和Angell发表了第一篇介绍硅微型加速度传感器的文章后，全硅传感器开始问世。
随着对硅微型加速度计原理研究的深入以及工艺实现的多样性，硅微型加速度传感器的种类日益繁多，各种应用于不同场合下的硅微型加速度计层出不穷，对硅微型加速度计的研究也越来越受到人们的重视。
压阻式加速度传感器体积小、频率范围宽、测量加速度的范围宽，直接输出电压信号，不需要复杂的电路接口，大批量生产时价格低廉，可重复生产性好，可直接测量连续的加速度和稳态加速度，但对温度的漂移较大，对安装和其它应力也较敏感，它不具备某些低gn 值测量时所需的准确度。
3 压阻式硅微加速度传感器结构形式3． 1 结构形式压阻式加速度传感器的弹性元件一般采用硅梁外加质量块，质量块由悬臂梁支撑，并在悬臂梁上制作电阻，连接成测量电桥。
在惯性力作用下质量块上下运动，悬臂梁上电阻的阻值随电源招聘专家应力的作用而发生变化，引起测量电桥输出电压变化，以此实现对加速度的测量。
实验二扩散硅压阻式传感器模块d1
实验二扩散硅压阻式压力传感器实验模块2.1实验目的：实验 2.1.1：了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。
工作原理：是指利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。
单晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生变化，通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出。
压阻式传感器用于压力、拉力、压力差和可以转变为力的变化的其他物理量（如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度）的测量和控制。
转换原理：在具有压阻效应的半导体材料上用扩散或离子注入法，，形成4个阻值相等的电阻条。
并将它们连接成惠斯通电桥，电桥电源端和输出端引出，用制造集成电路的方法封装起来，制成扩散硅压阻式压力传感器。
平时敏感芯片没有外加压力作用，内部电桥处于平衡状态，当传感器受压后芯片电阻发生变化，电桥将失去平衡，给电桥加一个恒定电压源，电桥将输出与压力对应的电压信号，这样传感器的电阻变化通过电桥转换成压力信号输出。
压阻效应:当力作用于硅晶体时，晶体的晶格产生变形,使载流子从一个能谷向另一个能谷散射,引起载流子的迁移率发生变化，扰动了载流子纵向和横向的平均量，从而使硅的电阻率发生变化。
这种变化随晶体的取向不同而异，因此硅的压阻效应与晶体的取向有关。
硅的压阻效应不同于金属应变计（见电阻应变计），前者电阻随压力的变化主要取决于电阻率的变化，后者电阻的变化则主要取决于几何尺寸的变化（应变），而且前者的灵敏度比后者大50～100倍。
实验 2.1.2：了解利用压阻式压力传感器进行差压测量的方法。
2.2实验设备和元件：2.2.1 实验设备：实验台所属各分离单元和导线若干。
2.2.2 其他设备：2号扩散压阻式压力传感器实验模块，14号交直流，全桥，测量，差动放大实验模块，数显单元20V，直流稳压源+5V，+_12V电源。
2.3实验内容：2.3.1扩散压阻式压力传感器一般介绍：单晶硅材料在受到外力作用产生极微小应变时（一般步于400微应变），其内部原子结构的电子能级状态会发生变化，从而导致其电阻率剧烈变化（G因子突变）。
简述压阻式传感器制作工艺流程
简述压阻式传感器制作工艺流程英文回答：Pressure sensors are devices that measure the force per unit area applied to their surface. Resistors, which are components that impede the flow of electric current, can be configured to measure pressure when their resistance changes in response to an applied force. This change in resistance can be detected and measured, providing an indirect measurement of the applied pressure.The fabrication process of piezoresistive sensors involves several steps:1. Substrate preparation: The substrate material, typically a thin silicon wafer, is cleaned and oxidized to create a thin layer of silicon dioxide (SiO2) on its surface. This layer serves as an electrical insulator.2. Resistor deposition: A thin film of a conductivematerial, such as polysilicon, is deposited onto the SiO2 layer using techniques like chemical vapor deposition (CVD).3. Resistor patterning: The deposited conductive filmis patterned using photolithography and etching to createthe desired resistor geometry.4. Sensor membrane formation: A thin membrane is formed over the patterned resistors using a material like silicon nitride (Si3N4). This membrane acts as a pressure-sensitive diaphragm.5. Electrical contacts: Electrical contacts are made to the resistors using metallization techniques like sputter deposition or evaporation.6. Packaging: The fabricated sensor is encapsulated ina protective package to protect it from environmental factors.中文回答：压阻式传感器是测量施加在其表面上的单位面积力度的装置。
mems压阻式压力传感器工作过程解析
mems压阻式压力传感器工作过程解析一、mems压阻式压力传感器工作过程解析1、什么是mems压阻式压力传感器说白了，这mems压阻式压力传感器啊，就像是一个超级灵敏的小侦探。
它是一种利用压阻效应来检测压力变化的小装置。
压阻效应呢，就是当压力作用在某些材料上的时候，这些材料的电阻会发生变化。
这种传感器很小很小，小到你可能都想象不到。
它是基于微机电系统（MEMS）技术制造出来的。
这个MEMS技术啊，可是现代科技的一个了不起的成果，它能把机械结构、传感器、执行器等都集成到一个小小的芯片上。
2、工作过程开始啦当有压力作用在mems压阻式压力传感器上的时候，就像是有个小怪兽在推它一样。
这个压力会让传感器里面的一些小部件发生形变。
比如说，传感器里有一些微小的硅膜片，压力一压过来，这些硅膜片就会像被轻轻捏了一下的小气球一样，凹下去或者凸起来。
那这个时候呢，硅膜片上的压阻材料的电阻就会跟着发生变化。
这就像是一群小士兵，原本排得整整齐齐，一有风吹草动，队形就乱了，电阻也就不一样了。
3、电路的反应然后呢，传感器内部是连接着电路的。
电阻一变化，电路就像个聪明的小管家发现了异常一样。
根据欧姆定律，电压等于电流乘以电阻。
电阻变了，那电压或者电流就会跟着变。
这个变化的电信号就像是一个小信使，它会把压力变化的信息传递出去。
就好比是一个小鸽子，带着消息飞向目的地。
4、信号的处理这个带着压力信息的电信号还不能直接就用呢。
它还得经过一些处理。
就像是我们收到一封信，还得打开看看，整理整理内容一样。
信号要经过放大、滤波等操作。
放大就是把这个小小的信号变得更明显一点，这样我们才能更容易发现它。
滤波呢，就是把一些干扰的信号去掉，就像把信上的污渍擦干净一样。
经过处理后的信号就能够准确地反映出压力的大小和变化情况啦。
5、实际应用那这种mems压阻式压力传感器在我们生活中可是到处都有它的身影。
在汽车的发动机里，它可以监测油压，就像一个小医生在随时检查发动机的健康状况。
扩散硅压阻式压力传感器实验报告
扩散硅压阻式压力传感器实验报告一、实验目的本次实验的目的是通过对扩散硅压阻式压力传感器的研究，掌握其工作原理、特点和应用范围，并通过实验验证其性能指标。
二、实验原理1. 扩散硅压阻式压力传感器的工作原理扩散硅压阻式压力传感器是利用硅材料在外加电场下产生变形的特性来测量被测物体所受压力大小的一种传感器。
当被测物体施加一定大小的压力时，它们会在传感器表面产生微小变形，这种变形会影响到硅片上薄膜电阻值的大小，从而使得输出电信号发生变化。
2. 扩散硅压阻式压力传感器的特点（1）精度高：由于扩散硅压阻式压力传感器采用了先进制造技术和精密校准方法，因此其精度非常高。
（2）灵敏度高：由于硅材料具有较好的弹性和刚度，因此扩散硅压阻式压力传感器对被测物体所受小范围内的压力变化非常敏感。
（3）稳定性好：扩散硅压阻式压力传感器采用了先进的温度补偿技术，因此其在不同温度下的测量结果非常稳定。
3. 扩散硅压阻式压力传感器的应用范围扩散硅压阻式压力传感器广泛应用于汽车、航空航天、机械制造、医疗仪器等领域。
例如，在汽车制造中，扩散硅压阻式压力传感器可以用于测量发动机油路和燃油路的油压；在医疗仪器中，扩散硅压阻式压力传感器可以用于测量人体血液和气体等生物参数。
三、实验步骤1. 准备工作（1）检查实验设备是否完好无损，并按照实验要求进行连接；（2）检查被测物体是否符合实验要求，并将其放置在实验台上。
2. 连接电路将扩散硅压阻式压力传感器与电源和示波器连接起来。
其中，电源可以为恒流源或者恒压源，示波器用于观察输出电信号。
3. 施加压力将被测物体放置在扩散硅压阻式压力传感器上，并施加一定大小的压力。
此时，传感器会产生微小变形，导致输出电信号发生变化。
4. 观察实验结果通过示波器观察输出电信号的变化情况，并记录下实验结果。
根据实验结果，可以计算出被测物体所受的压力大小。
四、实验结果分析本次实验中我们使用了扩散硅压阻式压力传感器来测量被测物体所受的压力大小。
硅微谐振式压力传感器芯体设计与制作工艺研究
提出了全新的硅岛布置方案和谐振子结构，在保证可加工性的同时，避免 了压力敏感膜片变形过程中硅岛根部的应力集中，减少了对谐振子的形状尺寸 限制，增大了谐振子的有效面积，降低了后期信号检测的难度。
1体积大磁体集成困难信号微弱接触激励与检测对湿度光和热处理逆压电激励与压电拾振体积小结构与工艺简单过程敏感与集成电路工艺不兼容温度灵敏度较高非接触激励与检测适用体积大结构复杂制作精度要求高于恶劣环境介质材料要求严格信号非常微弱难介质激励与介质拾振体积小结构简单于检测由表21可以发现静电激励电容拾振电热激励压阻拾振和静电激励压阻拾振这三种工作方式更加适合本文的研究目的
ｐｒｅｓｅｎｔ，ａｎｄ岫ｕｇｌｌ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ａｎｏｄｉｃ ｂｏｎｄｉｎｇ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ
ｈｏｌｅｓ ａｒｒａｙ ｈａｓ
ａｌｓｏ ｂｅｅｎ ａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｂｅｓｉｄｅｓ ＳＣＲＥＡＭ ｐｒｏｃｅｓｓ ｈ鹊ｂｅｅｎ ｃｈｏｓｅＩｌ ｆｏｒ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ
ｕｎｄｅｒｃｕｔｔｉｎｇ ａ１１ｄ ｉｓｌａｌｌｄｓ ｆｂ姗ｉｎｇ ｔｏ ａｖｏｉｄｅ ｄｅｅｐ—ｓｔｅｐ ｃｏａｔｉｎｇ ｏｆ ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ，ａｌｌｄ ｔｈｃ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｍ ｏｆｓｉｌｉｃｏｎ ｉｓＩａｎｄ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｈ嬲ａｌｓｏ ｂｅｅｎ ａｃｃｏｍｐｌｉｓｈｅｄ．
Ｋｅｙ Ｗｂｒｄｓ：ＭＥＭＳ，Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃａｌｌｙ ｅｘｃｉｔｅｄ，Ｃ印ａｃｉｔｉｖｅｌｙ ｄｅｔｅｃｔｅｄ，Ｒｅｓｏｎａｎｔ，
《传感器与检测技术》半导体扩散硅压式阻式压力传感器实验报告
《传感器与检测技术》半导体扩散硅压式阻式压力传感器实验报告课程名称：传感器与检测技术实验类型：验证型实验项目名称：半导体扩散硅压式阻式压力传感器实验一、实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器的工作原理和工作情况。
二、基本原理：压阻式传感器的工作机理是半导体应变片的压阻效应，在半导体受力变形时会暂时改变晶体结构的对称性，因而改变了半导体的导电机理，是的它的电阻率发生变化，这种物理现象称之为半导体的压阻效应。
一般半导体一般采用N 型单晶硅为传感器的弹性元件，在它的上面直接蒸镀扩散出多个半导体电阻应变薄膜（扩散出P 型或N 型电阻条）组成电桥。
在压力（压强）作用下弹性元件产生应力，半导体电阻应变薄膜的电阻率产生很大的变化，引起电阻的变化，经电桥转换成电压输出，则其输出电压的变化反映了所受到的压力的变化。
三、需用器件与单元：主、副电源、可调直流稳压电源、差动放大器、电压/频率表、压阻式传感器、压力表及加压配件。
四、实验步骤：1、了解所需单元、部件、传感器的符号及在仪器上的位置。
2、按图5-2 将连接，注意接线正确，否则容易损坏元器件，差放接成同相反相均可。
3、按图5-3 接好传感器供压回路，传感器具有两个气咀，上面的是高压咀，下面的是低压咀，当高压咀接入正压力时（相对于低压咀）输出为正电压，反之为负。
将引压胶管接到高压咀（或低压咀），将加压皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝拧紧，使压力表示数指示为0Kpa.4、开启主、副电源，可调直流稳压电源选择±4V 档，电压/频率表量程切换开关置 2V 档，调节差放调零旋钮，使电压/频率表示数为零，记下此时电压/频率表读数。
轻按加压皮囊，注意不要用力太大，每隔 5Kpa 记录电压/频率表读数并填入下表 5-1：五.注意事项1、如在实验中压力不稳定，应检查加压气体回路是否有漏气现象。
气囊上单向调节阀的锁紧螺丝是否拧紧。
2、如读数误差较大，应检查气管是否有折压现象，造成传感器的供气压力不均匀。
压阻式压力传感器加工工艺流程
压阻式压力传感器加工工艺流程
压阻式压力传感器是一种利用电阻值随着受力而发生变化的传感器。
下面是压阻式压力传感器的加工工艺流程的一般步骤：材料准备：
选择适用于制造压阻式压力传感器的材料，通常包括导电材料如硅或聚合物基底。
确保所选材料具有良好的弹性和耐腐蚀性。
基底制备：
切割、成型或加工基底材料，以形成传感器的主体结构。
这可能包括采用厚度均匀的薄片、膜片或其他形式。
导电层制备：
在基底表面或嵌入基底中添加导电层，通常使用导电材料如铜、银或聚合物导电体。
这一层将在受到压力时发生形变，导致电阻变化。
敏感区域设计：
确定传感器上的敏感区域，即在受力时会发生形变的区域。
通常，这是导电层覆盖的区域，形成电阻变化的关键部分。
连接线加工：
添加电极或导线以连接传感器的导电层。
这些连接线将允许电阻变化的信号传递到电子设备中进行测量和分析。
封装和保护：
对传感器进行封装，以保护其免受环境条件的影响，如湿度、腐蚀或物理损伤。
封装通常使用防水、防尘的材料。
校准和测试：
在生产之前，对传感器进行校准，确保其输出与受力的准确关系。
进行必要的功能测试，以验证传感器在各种条件下的性能。
成品检验：
进行整体的成品检验，确保每个传感器都符合规格要求。
测试样品，验证它们在实际使用中的性能。
包装和交付：
将传感器进行包装，以便在运输和存储期间保持其完整性。
将成品交付给客户或下游制造商。
这个流程是一般的压阻式压力传感器制造过程，实际的步骤可能会因制造商和应用而有所不同。
一种mems硅压阻式压力传感器及其制备方法与流程(一)
一种mems硅压阻式压力传感器及其制备方法与流程(一)一种mems硅压阻式压力传感器及其制备方法与流程简介本文介绍一种mems硅压阻式压力传感器的制备方法与流程，该传感器能够准确测量压力，并具有结构简单、成本低廉的特点。
制备方法1.准备材料–硅基片–掩膜材料–压阻材料–引线材料2.制备底层结构–在硅基片上涂覆薄膜形成底层结构–使用掩膜材料定义传感器的形状和通道3.制备压阻层–将压阻材料沉积在底层结构上–使用掩膜材料定义压阻传感器的形状–移除多余的压阻材料4.制备上层结构–在底层结构上涂覆另一层薄膜形成上层结构–使用掩膜材料定义通道和引线位置5.完成传感器–连接引线至传感器的上层结构–检查传感器是否正常工作流程1.准备材料准备所需的硅基片、掩膜材料、压阻材料和引线材料。
2.制备底层结构在硅基片上涂覆一层薄膜，形成传感器的底层结构。
使用掩膜材料定义传感器的形状和通道。
3.制备压阻层将压阻材料沉积在底层结构上，形成压阻传感器的层。
使用掩膜材料定义压阻传感器的形状。
移除多余的压阻材料，使传感器形状更加精确。
4.制备上层结构在底层结构上涂覆另一层薄膜，形成传感器的上层结构。
使用掩膜材料定义通道和引线的位置。
5.完成传感器连接引线至传感器的上层结构，确保引线与传感器的正常连接。
检查传感器是否正常工作，并进行必要的调试和校准。
通过以上的制备方法与流程，我们可以制备出一种mems硅压阻式压力传感器，该传感器具有准确测量压力的能力，并具有成本低廉、结构简单的优点。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
硅压阻式压力微传感器的设计与制造工艺研究指导老师：来五星作者：张勇杰潘挺周晶张晶渝魏佳易伟铭杨昆硅压阻式压力微传感器的设计与制造工艺研究摘要：硅压阻式压力传感器是最早开始研究并实用化的微传感器之一，它结构简单、体积小、成本低、应用范围广，且已经实现大批量生产，在某些领域已经取代传统传感器。
进一步研制小体积高精度的微传感器，扩大其适用范围是未来的趋势。
本文首先叙述了压阻式压力微传感器的原理和设计方法，然后针对硅压阻式压力微传感器的制造，给出了两种不同的制造工艺流程，并接着对其优缺点进行了横向比较，以期优化该种传感器的工艺。
关键词：微传感器；压阻式；制造工艺；设计一、引言压力传感器是用来测量流体或气体压力，大规模生产的计量或传感单元。
传统的压力传感器体积大、笨重、输出信号弱、灵敏度低。
应用微电子技术，在单晶硅片的特定晶向上，制成应变电阻构成的惠施顿电桥，同时利用半导体材料的压阻效应和硅的弹性力学特性，用集成电路工艺和微机械加工技术研制固态压阻压力传感器，它们具有体积小、灵敏度高、动态特性好、耐腐蚀和灵敏度系数好等优点。
二、压阻式压力微传感器原理图2-1 硅杯式压力传感器原理结构由图2-1可知，当压力作用于微型硅膜片上时，硅膜片将发生弯曲和内应变（应力）。
基于硅的压阻效应，当其内应变化时，必将引起相应的电阻变化。
当压力P 按图示方向作用在膜片上，桥路上的压敏电阻R1和R3的值增加，R2和R4的值将下降。
若桥路由恒压压源V8供电时，其输出电压V0可用下式表示，即：0p s V S pV ∆=∆ （2-1）或写成： 01p s V S p V ∆=∆ （2-2）式中，p S 称为压力灵敏度。
式（2-2）表明，输出电压与被测压力成正比，测量0V ∆，即可得被测的对应压力p ∆。
因为电阻变化通常在0.01%~0.1%量级，故电桥输出电压很小，需要配置放大电路。
图2-2给出测量3种压力的原理方案：图（a ）是测量绝对压力的；图（b ）是测量差压的；图（c ）是测量表压的。
图2-2 硅压阻式压力微传感器测量原理方案三、压阻式压力微传感器的设计压力传感器的设计，就是为得到线性度好、灵敏度高、输出稳定性好的传感器而进行力学结构的选择、晶向和晶面的选择，掩模版图的设计和工艺参数的设计等。
1、材料的选择压力传感器硅杯材料的选择是极为重要的，它是决定传感器灵敏度的因素之一。
为了提高满量程输出，减小零点温度漂移及提高线性度，膜片上的电阻连成应变全桥电路。
硅杯上电阻变化率由下式表示l l t t R R πσπσ∆=+ （3-1）其中：l σ，t σ分别为纵向应力和横向应力；π，tπ分别为纵向压阻系数和横向压阻系数。
l由式1知电阻变化与应力和压阻系数有关。
在相同表面浓度下，P型硅的压阻系数比N型的高，而温度系数比N 型的小，所以选用; 型硅作为力敏电阻有利于提高灵敏度和减少温度影响。
考虑到硅杯制作工艺,N型硅在碱性溶液（如KOH）具有各向异性腐蚀的特性，可利用终点腐蚀技术控制硅膜片的厚度，所以硅杯材料选用N型（100）晶面或（110）晶面，在其上扩散; 型杂质，形成电阻条，电阻与衬底以PN结隔离。
2、掩膜版的设计传感器设计的重要一步为掩膜版的设计，传感器上的各种图形都是掩膜版图形的转印，所以传感器性能的好坏，很大程度上取决于掩膜版的设计。
掩膜版的设计是保证传感器灵敏度及线性度的重要因素之一。
本工作主要讨论掩膜版设计中的重要问题，即是指在不降低膜片的过载能力同时，使传感器获得较高的灵敏度和线性度、较小的零点输出和灵敏度温漂。
2.1 膜片形状的选取由式（1）可知电阻的变化不仅与压阻系数有关，还与应力有关，而应力大小及分布情况与膜片的形状有关。
由力学分析知，在相同条件下（芯片尺寸相同、同一压力等），E型结构的应力极值大于C 型硅杯的应力极值，故选用E型结构，传感器可获得更高的灵敏度。
E型结构平膜背面有硬心，所以在有高灵敏度的同时可实现过压保护和较高的线性度。
从提高传感器性能考虑，E型膜片优于C 型硅杯（圆形平膜片、方形或矩形平膜片）。
计算表明，3mmX3mm 芯片的/E型膜片的灵敏度已满足预定设计量程目标0~10kPa和0~100kPa的要求，故更复杂的梁膜复合应力集中结构不再考虑。
2.2 电阻条位置的确定E型硅杯上的力敏电阻构成惠斯顿电桥。
为使传感器具有较高输出灵敏度并减小温度影响，四个桥臂电阻应尽可能满足以下四个条件：（1）等应力（绝对值）。
（2）等压阻系数，尽量避免纵横压阻效应的相互影响。
（3）等阻值。
（4）等温度系数和灵敏度系数。
四、两种不同的硅压阻式压力微传感器的制造工艺1、硅杯式压阻压力微传感器图4-1给出了硅杯式压阻压力微传感器的制造工艺主要流程。
图4-1 硅杯式压阻压力微传感器制造工艺主要流程1.1生成N型外延层外延生长【epitaxial growth】在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层的方法。
外延生长技术发展于20世纪50年代末60年代初，为了制造高频大功率器件，需要减小集电极串联电阻。
生长外延层有多种方法，但采用最多的是气相外延工艺，常使用高频感应炉加热，衬底置于包有碳化硅、玻璃态石墨或热分解石墨的高纯石墨加热体上，然后放进石英反应器中，也可采用红外辐照加热。
为了克服外延工艺中的某些缺点，外延生长工艺已有很多新的进展：减压外延、低温外延、选择外延、抑制外延和分子束外延等。
外延生长可分为多种，按照衬底和外延层的化学成分不同，可分为同质外延和异质外延；按照反应机理可分为利用化学反应的外延生长和利用物理反应的外延生长；按生长过程中的相变方式可分为气相外延、液相外延和固相外延等。
外延的过程中可以有不同类型的杂质和浓度进行掺杂。
因为电化学刻蚀自动终止的需求，在许多微机械器件中都有使用N型硅在P 型基底上。
本步骤即是在双面抛光的P型Si（100）晶面上，用CVD外延反应器和气体源生成一层N型外延层（图4-2）。
图4-2 生成N型外延层1.2光刻显影光刻是一种复印图象同化学腐蚀相结合的综合技术,它采用照相复印的方法,将光刻版上的图形精确地复印在涂有感光胶的SiO2 层或金属蒸发层上,然后利用光刻胶的保护作用,对SiO2 层或金属蒸发层进行有选择的化学腐蚀,从而在SiO2 层或金属蒸发层上得到与光刻版相应的图形。
光刻工艺流程：光刻需要经过涂胶、曝光、显影与烘片、刻蚀、剥膜等步骤。
把光致抗蚀剂（光刻胶）涂覆在氧化膜上的过程称为涂胶。
由光源发出的光束，经掩膜在光致抗蚀剂涂层上成像，或将光束聚焦形成细小束斑通过扫描在光致抗蚀剂图层上绘制图形，统称之为曝光。
曝光后的光致抗蚀剂，其分子结构产生化学变化，在特定溶剂或水中的溶解度也不同，利用曝光区和非曝光区的这一差异，可在特定溶剂中把曝光图形显现出来，这就是显影。
有的光致抗蚀剂在显影干燥后，要进行200度左右高温处理，使它发生热聚合作用，以提高强度，叫做烘片。
利用化学或物理方法，将没有光致抗蚀剂部分的氧化膜去除，称之为刻蚀。
剥膜与检查用剥膜液去除光之抗蚀剂的处理为剥膜。
在本工艺流程中，由于光刻显影之后要进行离子注入形成压阻，而光刻胶本身就可以很好的充当离子注入时的掩膜，所以在光刻显影的最后并没有剥离光刻胶。
光刻显影后后如图4-3所示。
图4-3 第一次光刻显影1.3离子注入形成电阻离子注入法是一种采用加速离子轰击硅片，然后加速离子穿入硅片，之后加速离子通过晶格碰撞和随机过程慢下来，最后在飞秒之内停留在硅片表面微米范围之内的一种工艺步骤。
离子注入的方法就是在真空中、低温下，把杂质离子加速（对Si，电压≥105 V），获得很大动能的杂质离子即可以直接进入半导体中；同时也会在半导体中产生一些晶格缺陷，因此在离子注入后需用低温进行退火或激光退火来消除这些缺陷。
离子注入的杂质浓度分布一般呈现为高斯分布，并且浓度最高处不是在表面，而是在表面以内的一定深度处。
离子注入的优点是能精确控制杂质的总剂量、深度分布和面均匀性，而且是低温工艺（可防止原来杂质的再扩散等），同时可实现自对准技术（以减小电容效应）。
离子注入形成压阻后，去除光刻胶，如图4-4所示。
图4-4 离子注入形成压阻1.4金属化和钝化在制有压敏电阻的表面，淀积绝缘层，敷设导电金属和钝化层，以及刻蚀接触孔。
如图4-5所示。
图4-5 金属化和钝化1.5干氧热氧化氧化在硅外延平面中是很重要的。
热生长氧化法是在硅片表面生长SiO2 膜的常用方法,其方法是将硅片放入高温炉内,在氧气中使硅片表面生成SiO2 薄膜。
氧化可分为干氧氧化和湿氧氧化。
干氧氧化是在高温下使氧分子与硅片表面的硅原子反应,生成SiO2 起始层,然后氧分子以扩散方式通过SiO2 层生成新的SiO2 层,使SiO2 薄膜继续增厚。
湿氧氧化是在氧气通入炉子前,先通过加热的高纯去离子水,使氧气中携带一定量的水汽。
在湿氧氧化中,既有氧的氧化作用,又有水的氧化作用。
氧化层的生长速率与氧化温度及氧气流中的水汽含量均有关系。
本步骤采用干氧氧化法，氧化后的硅片如图4-6所示。
图4-6 干氧热氧化1.6光刻显影在硅片背面的氧化层表面涂覆光刻胶，通过光刻将方形槽图案转移到氧化层上。
如图4-7所示。
图4-7 第二次光刻显影1.7各向异性腐蚀腐蚀是硅微机械加工的最主要的技术,各种硅微机械几乎都要用腐蚀成型。
腐蚀法分湿法腐蚀和干法腐蚀两大类,湿法腐蚀又分为溶液法及阳极法,干法腐蚀分为离子刻蚀、激光加工等。
溶液腐蚀法由于使用简便、成本低、加工效果好、加工范围宽,因而是微机械加工中使用最广的技术。
溶液腐蚀主要依赖于硅的掩蔽性、各向异性和选择性。
掩蔽性指一定的腐蚀液对硅和生长在硅上的某种掩蔽膜的腐蚀速率显著不同,据此可用此膜作掩膜在硅表面腐蚀出所需的形状。
各向异性是指硅的不同晶面具有不同的腐蚀速率,各向异性腐蚀利用硅的不同晶向具有不同的腐蚀速率这一腐蚀特性对硅材料进行加工,在硅衬底上加工出各种各样的微结构。
各向异性腐蚀剂一般分为有机腐蚀剂和无机腐蚀剂两类。
选择性指硅在掺浓硼时对一定的腐蚀液的腐蚀速率将陡降趋于零,可按需要在硅中预扩散一浓硼层作为腐蚀终止层,使腐蚀作用到此层即自行停止本步骤采用各向异性腐蚀。
保护有压敏电阻的正面，使用KOH 溶液腐蚀窗口区域的硅，腐蚀后的硅膜片如图4-8所示。
图4-8 各向异性腐蚀1.8刻蚀去除氧化层保护硅片的其它地方，使用氢氟酸（HF）刻蚀掉二氧化硅层，，形成空腔，如图4-9所示。
图4-9 刻蚀去除氧化层1.9 硅-玻璃键合键合是指不利用任何黏合剂,只通过化学键和物理作用将硅片与硅片、硅片与玻璃或其他材料紧密结合在一起。
在MEMS 技术中,最常用的是硅与硅直接键合和硅与玻璃静电键合技术,还有硅化物键合、有机物键合等等。