基于梁-膜结构的MEMS微压传感器设计与制备

针对微机电系统(MEMS)微压传感器无法同时提高灵敏度与线性度的问题,设计了一种新型的梁-膜结构,与常规的C型和E型结构比较,该结构具有灵敏度高、易加工的特点。根据所研究的量程,设计了压敏电阻尺寸和阻值。通过调整结构梁厚度、敏感膜片尺寸等参数,并使用仿真软件建立力学模型,得到输出灵敏度和线性度等仿真结果,以优化梁-膜结构设计。采用绝缘体上硅(SOI)晶圆作为衬底,通过标准MEMS芯片生产流程实现微压芯片的制备,并采用引线键合的方式完成了芯片的封装,形成了传感器。测试结果显示在0~1 kPa量程范围内,微压传感器的灵敏度可达4.5 mV/(V·kPa),非线性误差为0.11%,其输出电压噪声波动在±9 Pa以内。

单面多层结构硅微压传感器的研制

提出并利用“掩模-无掩模”腐蚀的方法形成了一种新型单面多层结构的硅微压传感器,该传感器针对用体微机械双面加工的硅压阻式压力传感器的不足,从结构上给予了改进,文中给出了理论分析和实验结果。研制的微压传感器在400Pa的微小量程下,输出可达34mV/5V,非线性仅为±0.6％F.S.

基于SOI晶圆材料的硅微压传感器

为解决硅微压传感器制作过程中存在的问题,以SOI晶圆材料为基础,使用有限元方法优化设计岛-膜型1kPa压力敏感结构,采用MEMS工艺完成传感器芯片制作,并对封装后的传感器进行了测试。测试结果表明,传感器输出灵敏度大于60 mV/kPa,非线性小于0.1%FS,精度小于0.5%FS,器件具有较好的性能指标。

测量压电式微压传感器灵敏度的新方法

研制了一套压电微压传感器的性能测量系统，它采用均匀声腔硅油介质中传播的声波作为压力源，标准传感器和被测传感器同时接收波动声压，比较两传感器的输出，测定被测传感器的灵敏度及频响。实验测试了3只压电式微压传感器，结果表明：传感器的灵敏度平均为3．0mV／Pa，工作频率为20～2000Hz，灵敏度随频率波动小于0．5mV／Pa，灵敏度重复偏差小于0．24mV／Pa。

3D层状木基微压传感器的制备及性能

【目的】将去除木质素、半纤维素组分的木材作为传感器骨架材料,研究其与导电聚合物的含固比对压力传感器感测性能的影响,为开发基于绿色天然材料的低成本、高性能传感器提供新思路。【方法】以轻木为原料,通过NaClO2、NaOH溶液两步法选择性地从细胞壁中去除木质素和半纤维素组分,应用冷冻干燥技术制备木基气凝胶并将其作为传感器骨架材料;采用浸渍法将气凝胶骨架浸入导电聚合物聚(3,4-乙烯二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT∶PSS)和偶联剂3-缩水甘油基氧基丙基三甲氧基硅烷(GOPS)混合溶液中,经冷冻干燥后低温加热使三者交联,制备3D层状木基微压传感器;对3D层状木基微压传感器进行结构形态表征和电学、感测性能测试,探讨木基气凝胶骨架与PEDOT∶PSS含固比对压力传感器感测性能的影响。【结果】木基气凝胶骨架结构机械可压缩性好、高度多孔、具有特殊分层结构,有利于PEDOT∶PSS和GOPS混合溶液吸附,CPG-0.25、CPG-0.5、CPG-0.75的电导率分别为0.02、0.15和3.04 mS·cm^(-1),最大压缩应变分别为72%、62%和51%,微压灵敏度分别为95.93(R^(2)=99.6%)、96.88(R^(2)=99.8%)和108.34 kPa-1(R^(2)=99.1%),随着PEDOT∶PSS含固比增大,复合导电气凝胶的电导率不断增大,传感器最大压缩应变逐渐减小,传感器在微压(1.5 kPa)下灵敏度逐渐增大,压力传感器CPG-0.75的微压灵敏度最高,且显示出良好的线性度和优异的稳定性(2 kPa下5 000个加载-卸载循环试验的相对电阻变化率稳定,无明显电信号波动)。【结论】木基气凝胶与PEDOT∶PSS含固比对3D层状木基微压传感器的微压灵敏度影响较大,随着PEDOT∶PSS含固比增大,复合导电气凝胶的导电性增强,传感器微压灵敏度提高。3D拱形层状多孔木基气凝胶骨架一方面在微小压力作用下传感器能够产生更多接触,电阻变化率较大,使传感器具有优异的微压灵敏度;另一方面骨架结构机械可压缩性好,使传感器具有良好的稳定性。

微压传感器制造中的硅杯腐蚀

<正> 一、前言 对于杯式扩散硅压力传感器来讲,硅杯是决定其性能优劣的关键部件。我们知道,工作压力P与硅杯的几何尺寸应满足下式要求: 其中,r为硅杯半径;h为膜片厚度;σ_c为硅的弹性极限,σ_c=8×10~7Pa。(1)

硅微超微压传感器设计

在分析已经商业化的压阻式、电容式、谐振式三类典型的硅微压力传感器各自优缺点和回顾它们微压化进展的基础上,确定了硅微超微压传感器(0～100Pa)的初步结构形式-电容式。针对设计过程中存在的主要难点:超薄平整感压薄膜的制备、高真空压力参考腔的获得与维持、高真空压力参考腔的电极引线以及微弱电容信号的提取,完成了两种差动结构方案的结构与工艺设计,对二者工艺和抗过载能力等方面进行了比较,为下一步的投片工作打下了基础。

一种微压传感器的应用研究

用人工和自动测量2种方法对微压传感器5551-003-D进行了研究,并将其输入与输出拟合为线性关系。研究证明,该传感器可用于大坝坝内廊道或基础廊道的排水孔和水沟中的水位测量。

微压传感器在全方位移动吸尘机器人中的应用

本文提出了一种采用气囊式微压传感电路实现全方位吸尘机器人触觉的方案，使其能够在行走以及对复杂地域进行的清扫时，实现实时避障和对墙面、转角的逼近和跟踪等功能。介绍了两种对气囊压力的显示电路。

500pa微压传感器的研制

硅压力传感器发展的一个重要趋势,是向高灵敏度的微压传感器发展。1993年我们率先采用微机械的梁膜结构制得PT-24量程lkpa微压传感器。但在进一步提高灵敏度的研究过程中,遇到如下几个问题:(1)非线性随着灵敏度提高变差;(2)灵敏度提高,稳定性变差;(3)过载能力不够;(4)静电封接时背岛与玻璃基片相接。本文针对上述问题进行了研究,在PT-24量程1kpa微压传感器的版图和工艺基础上进行改进和提高,成功地设计并制作出PT-28量程500pa压阻式扩散硅微压传感器。

微压传感器膜片的设计与研制中的关键技术

本文介绍了正方形膜片微压传感器的结构,分析了其设计思想。并就利用正方形膜片开发的微量程力敏器件的灵敏度作了分析。最后较详细地讨论了微压传感器研制中的关键技术——各向异性腐蚀技术。

正方形膜片微压传感器设计分析及各向异性腐蚀技术

本文介绍了正方形膜片微压传感器的结构,分析了其设计思想。并就利用正方形膜片开发的微压传感器的灵敏度作了分析,与同尺寸的圆形膜片比较其灵敏度提高了20%。最后较详细的讨论了微压传感器研制中关键问题——各向异性腐蚀技术。

用铌基弹性膜片的耐蚀微压传感器

用铌基弹性合金Nb—25Ti～5Al薄片为弹性膜片,用3J53合金棒材车制壳体,两者相焊成传感器元件。所装成的耐蚀微压传感器稳定性好、温漂小、精度高、反应快、频响范围宽、量程低且耐蚀性优异。特别适用于测腐蚀流体的微小压力(<1MPa)。几年来实用于各方面,皆收到良好的应用效果。

光纤微压传感器

本文介绍了光纤微压传感器的结构设计和信号提取方法。同时还给出了一种适用于光纤传感器微弱信号处理的锁相放大器。此外，应用微处理机实现信号的计算，处理和结果显示。

耐蚀微压传感器

1 前言许多部门大量需要耐蚀微压传感器,用于测量腐蚀性流体的微小压力(<1MPa)。例如,航空部门用于风洞试验及高空飞行测压,医疗部门用于测血压、脉膊及大肠蠕动等;环保部门用于测烟囱气体压力;以及石油、化工、纺织等部门用于测微压使用。原有的涨丝传感器,不能测腐蚀性气体、液体的微小压力。其原因不在于传感器的设计及制造工艺上,而在于所采用的弹性材料3J53恒弹性合金耐蚀性差(在潮湿的空气中也会生锈),且弹性模量较大(E≈198000MPa)。因此,若能研制出耐蚀。

抗高过载微压传感器

在提高微压传感器灵敏度的研究过程中 ,会遇到非线性和稳定性变差、过载能力不够以及静电封接时背岛与玻璃粘接造成器件失效等现象。提出了应力匀散结构和两层岛的限位结构 ,利用有限元分析和近似解析分析 ,设计了新的双岛 -梁 -膜结构 ,成功地研制出抗高过载微压传感器。量程为 0 .3kPa ,总精度为 0 .4% ,过载能力 >

一种航空配套微压传感器芯片设计及制备

针对航空领域微小压力测量需求,介绍了一种沟槽梁膜复合结构压力芯片的设计和制备方法。设计的压力芯片解决了传统硅压阻压力传感器灵敏度与线性度的固有矛盾,通过有限元分析可动膜片应力应变输出,并结合曲线拟合分析,提出了一种优化芯片可动膜片结构尺寸的设计方法。利用MEMS加工工艺,实现了沟槽梁膜双重应力集中结构压力芯片的制备。在量程0~1 psi范围内,传感器灵敏度30.9 mV/V/psi,非线性误差0.25%FS,综合精度0.34%FS,实现了灵敏度和线性度的同步提高,满足了飞行器高度、风洞测试等领域的微压测试需求。

基于石墨烯薄膜的光纤微压传感器的设计

以新型的石墨烯材料为压力敏感膜,设计了一种基于法布里-珀罗干涉的光纤微压传感器。利用薄膜光学理论,分析了不同层数石墨烯膜的反射率特性。仿真结果表明,增加层数可以提高石墨烯膜的反射率。根据光传输矩阵的理论,研究并模拟了法珀腔的几何参数对反射信号的影响。通过分析对比几种大挠度圆膜应变的理论,建立了石墨烯薄膜的压力敏感特性模型,并利用ANSYS静态力学非线性对模型的挠度形变特性进行有限元仿真,验证了模型的准确性,为设计制作基于石墨烯薄膜的光纤微压传感器提供了理论基础。

四电极电化学腐蚀在微压传感器制造中的应用

在研究四电极电化学腐蚀工艺过程中 ,考虑了与扩散硅压力传感器芯片平面工艺的兼容性 ,使得该工艺用于微压传感器的制造。微压传感器采用梁膜结构设计 ,膜区厚度为 1 0 μm ,制造出的微压传感器灵敏度为 5 0mV/ 3kPa/ 1mA ,端点法非线性为 0 .5 %。

硅微微压传感器研究进展

硅微压力传感器的主要研究方向之一是硅微微压传感器。分析了已经商业化的压阻式、电容式、谐振式三类典型的硅微压力传感器各自优缺点，回顾了它们的微压化进展，并在此基础上确定了硅微超微压传感器（0～100Pa）的电容式结构形式。针对其研究过程中存在的主要难点，提出了双差动结构模型，即机械与电路部分均采用差动结构，对其研究前景做了展望。