CMOS集成电容绝对压力传感器

CMOS集成电容绝对压力传感器是基于集成电路主流工艺集成的新型传感器 ,克服了传统传感器的缺点并利于批量生产。介绍了传感器的原理、结构及处理电路 ,并对微系统集成的概念及生产工艺进行了讨论 ,对传感器的应用前景及领域进行了展望与预测。

一种新型CMOS电容式绝对压力传感器的设计

提出了一种新型的采用标准CMOS工艺结合MEMS后处理工艺加工的电容式绝对压力传感器.传感器结构部分是由导体/介质层/导体组成的可变电容器.电容的上下极板分别为CMOS工艺中的多晶硅栅和n阱硅,中间介质层为栅氧化层.在CMOS工艺加工完之后,利用选择性的体硅腐蚀、pn结自停止腐蚀以及阳极键合等MEMS后处理工艺来得到传感器结构.与传统的电容式压力传感器相比,这种结构具有更大的初始固有电容,这样可以抑制寄生电容的影响,从而简化检测电路的设计.文中,应用多层膜理论模型分析了传感器的结构,并利用ANSYS有限元分析对模型进行了验证,并利用电容变化模型分析了传感器的灵敏度.对于边长为800μm的敏感方膜,初始电容值为1104pF,传感器灵敏度为46fF/hPa.同时,本文给出了传感器的电容检测电路的设计.

电容式绝对压力传感器的改进模型及温度特性分析

在传感器敏感膜模型的基础上对电容式绝对压力传感器提出了一种改进模型,考虑了由于温度的变化电容结构空腔中残余气体对传感器性能产生的影响.结果表明温度的改变会导致残余气体压力的改变,进而使传感器的测量产生一定的温度漂移,同时也降低了传感器的灵敏度;并由此计算了残余气体存在时,传感器测量值的温度漂移量以及灵敏度的温度系数.这对于工艺的改进以及后续电路的设计具有指导意义.

CMOS工艺兼容多晶硅压力敏感膜的设计与加工

在MEMS表面加工工艺中 ,多晶硅薄膜是微结构的重要组成部分。本文考虑加工工艺中残余应力的影响和多晶硅材料的强度范围 ,建立多晶硅膜的大变形模型 ,设计可用于压力传感器应用的多晶硅薄膜几何尺寸。采用有限元方法对多晶硅薄膜进行力学分析和设计验证 ,提出了CMOS工艺兼容的多晶硅压力敏感膜的加工方法 ,并且根据所设计的工艺进行了电容式压力传感器微结构的加工 。