用于大气数据系统的硅谐振压力传感器

设计了一种用于机载大气数据系统的高精度微机电系统(MEMS)硅谐振压力传感器。采用了多层硅—硅键合技术、阳极键合技术以获得高稳定性的频率信号输出和圆片级真空封装,其具有高精度、高Q值的特点。芯片采用复合谐振梁—膜—硅岛结构作为谐振器部分,以减小面外谐振模态带来的性能影响。测试结果表明:在量程范围为3~130 kPa,温度范围为-55~85℃,该谐振压力传感器的全温全压精度高达0.01%FS。

355nm全固态紫外激光刻蚀碳化硅影响因子分析

使用355 nm全固态紫外(UV)激光对碳化硅材料进行直写刻蚀,实验过程采取单一变量的原则4种影响因子对刻蚀结果产生的影响。结果表明:能量密度过大或过小都会增加刻蚀通道崩边尺寸,刻蚀深度随能量密度增大而增大;重复频率的增大会加重崩边现象,同时会导致刻蚀深度的减小;扫描速度越大刻蚀通道的崩边尺寸越大,刻蚀深度越小;扫描次数的增加在增大刻蚀深度的同时会使通道侧壁形成一定的锥度。通过对实验数据的对比分析最终得出激光刻蚀碳化硅的最优参数,对今后进行激光加工碳化硅材料的参数选取具有一定参考价值。

基于SOI岛膜结构的高温压力传感器

针对绝缘体上硅（SOI）压力传感器平模结构下压敏电阻所在区域应力跨度过大而导致的线性度降低问题,采用了岛膜结构改善敏感膜片表面的应力分布,使压敏电阻能够完全布置在应力集中区,从而提高传感器的灵敏度和线性度。使用有限元分析软件对岛膜结构进行力学性能分析,根据敏感膜片表面应力分布情况确定压敏电阻最优的位置分布,并完成敏感芯片的制备。对完成的敏感芯片进行封装并进行温度-压力的复合测试,测试结果表明在19~200℃、量程2 MPa范围内,该传感器有较高的灵敏度（0.055 mV/kPa）和线性度（0.995）。

355 nm全固态紫外激光加工玻璃通孔工艺

玻璃通孔结构广泛应用于光通信、微电子机械系统(MEMS)封装、芯片三维垂直集成等领域。采用单一变量法详细研究了355 nm全固态紫外激光进行玻璃通孔加工时,各激光参数对通孔直径、锥度及表面质量的影响。研究结果表明,随着激光功率密度的增大,孔边缘易出现较严重的裂损现象,孔径随之增大;激光重复频率的增大将增加通孔边缘及侧壁的熔融物数量,且通孔锥度也会增加;适当降低激光扫描速度可减小通孔边缘重凝区宽度,然而扫描速度太低时,由于热累积效应打孔质量下降;适当的负离焦有利于获得垂直度高、质量良好的玻璃通孔。研究结果对使用激光加工高质量玻璃通孔的参数选取具有一定的参考价值。

压阻式压力传感器灵敏度的仿真方法

为了实现对压阻式压力传感器灵敏度的准确预估,针对传统中心点算法的不足,采用了一种基于对敏感薄膜应力分布的有限元仿真分析和路径积分的仿真方法。通过对电阻所在路径线积分计算电阻平均变化率,计算出不同压力下的输出电压。对2种不同的模型四边固支的方形膜模型和底面固支的C型模型,进行仿真分析并将仿真结果和实际值对比。实验结果表明底面固支的C型模型比四面固支的方形模型更接近实际情况。传感器样品的实际灵敏度为0.102 5 mV/kPa,与底面固支的C型模型仿真结果相对误差小于2%。

基于SOI的低横向灵敏度压阻式加速度计的设计

提出了一种非同一平面的双弯曲梁的压阻式加速度计,在加速度作用下该结构梁的质心与质量块的质心对齐,从而实现低横向效应。利用SOLIDWORKS软件建立了结构模型,并用Comsol仿真软件和有限元ANSYS仿真软件对其进行静态分析、模态分析和电学性能分析。分析了影响频率和灵敏度的相关参数,对加速度计的结构参数进行了优化。设计了一套版图以及工艺加工方案,采用微电子机械系统(MEMS)标准工艺完成了加速度计的制备。最后进行精密离心机测试,结果表明该结构的加速度计具有较低的横轴灵敏度,其中X轴的横向灵敏度为0.078%,Y轴的横向灵敏度为0.002%,比较高的主轴灵敏度,Z轴灵敏度为0.64 mV/g。

基于石墨烯敏感材料的NH3气体传感器

介绍了一种以石墨烯作为气敏材料的高灵敏度、快速响应的NH3气体传感器的制备与测试。该气体传感器制备工艺简单,仅需要在微电子机械系统(MEMS)工艺制备好的Au叉指电极上喷涂氧化还原处理后的石墨烯即可。在不同的温度、NH3体积分数下对其气敏特性进行测试。测试结果表明,在25~100℃时,传感器的灵敏度与温度的线性相关系数高达0.98142;在体积分数0~8×10-4的NH3中,传感器的灵敏度与NH3体积分数线性相关系数高达0.9956,在NH3体积分数为10-4、环境温度为25℃时,传感器的灵敏度为3.54436%。同时,该传感器具有较广的检测范围,在NH3体积分数为10-2时,其响应和恢复时间分别仅为38 s和26 s,且具有较好的选择性和重复性。

退火参数对p-Si与Ti/Pt/Au欧姆接触的影响

针对SOI(Silicon on Insulator,绝缘体上的硅)高温压力传感器,在真空环境下使用退火的热处理方法,减小了p-Si与Ti/Pt/Au的接触电阻,得到了合适的电阻值和小的比接触电阻率。通过单一因素控制法研究了退火时间和退火温度两个关键因素对样品电阻值和接触表面形貌的影响。采用半导体分析仪、扫描电镜(SEM)和高低温探针台等测试设备以及传输线模型测试方法对样品的欧姆接触性能进行分析,得出了不同温度和时间与欧姆接触的关系。实验结果表明:样品在退火条件为570℃,80 min时电阻的I-V(伏安特性)曲线呈线性,阻值符合设计值,比接触电阻率小,在0～400℃测试环境下电阻值比较稳定。

基于紫外激光对硅基微通道刻蚀分析

紫外激光具有波长短、速度快、加工精度高、热影响区小以及无损加工等优点,针对紫外激光加工过程中,不同参数对刻蚀结果产生不同的影响,实验中通过控制单一变量法,设计了扫描速度、扫描次数、能量密度、重复频率、离焦量等不同参数对刻蚀结果的影响。实验结果表明,刻蚀宽度随能量密度的增加而增加,但是增加率不断降低;减小扫描速度,可以刻蚀出深度较深并且边缘工整的微通道;随着扫描次数的增大,激光刻蚀的深度不断增大,但增大率在不断的减小,刻蚀深度过深,激光将不会对沟道再进行刻蚀。实验中通过优化激光刻蚀参数,得到了刻蚀宽度为146μm、刻蚀深度为25.665μm、微通道边缘整齐,边缘粗糙度为7μm,沟道的垂直度将近90°的L型硅基微通道。

355 nm全固态紫外激光直写刻蚀硼硅玻璃微通道

利用355nm全固态紫外激光对硼硅玻璃进行了直写刻蚀实验,采用单一变量法探究了激光能量密度、重复频率、扫描速度、扫描间距、扫描次数对刻蚀结果的影响。研究结果表明,激光能量密度过大时,玻璃易发生严重的崩边裂损现象;等离子体屏蔽效应随激光能量密度的增大而增强,刻蚀深度减小;随着重复频率的减小,通道边缘碎裂的现象减轻,刻蚀深度增大;减小扫描间距可有效改善沟道底面的平整度;刻蚀深度随扫描次数的增多而增大,同时沟道锥度增大。在较优的加工参数下,实现了宽度为84.8μm,刻蚀深度为178μm,底面较平整,沟道垂直度达89.580°的L型微通道的直写刻蚀。

基于MOFs和酚醛泡沫的多孔碳泡沫电容性能

以酚醛泡沫为碳源,金属有机框架材料Cu-MOF-199为掺杂剂,经过高温碳化制备了一种电容性能优良、循环稳定性强的多孔碳泡沫。采用热重-差示扫描量热法(TG-DSC)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、氮气吸脱附测试等技术对材料的结构和形貌进行分析,采用循环伏安法(CV)、恒电流充放电(GCD)及电化学阻抗谱(EIS)等方法对材料的电化学性能与循环性能进行测试。结果表明,一定量Cu-MOF-199的引入可明显提升多孔碳泡沫的电容性能,在1 A·g^-1时可达169 F·g^-1,20 A·g^-1时仍高达123 F·g^-1,2 500次循环(1 A·g^-1)后仍有97%的电容量。