薄膜厚度和退火温度对纳米多晶硅薄膜特性影响

以高纯SiH4为气源,采用低压化学气相沉积方法在p型〈100〉晶向单晶硅上620℃制备纳米多晶硅薄膜,对不同薄膜厚度纳米多晶硅薄膜分别在700、800、900℃进行高温真空退火,通过X射线衍射(XRD)、Raman光谱(Raman)、场发射扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)研究薄膜厚度、退火温度对薄膜结晶取向、表面形貌等结构特性影响。结果表明,随薄膜厚度增加,薄膜取向显著且多晶特征明显,沉积薄膜多晶取向为〈111〉、〈220〉和〈311〉晶向,择优取向为〈111〉晶向,TO模强度减弱且加宽,晶粒大小增加;同一薄膜厚度,随真空退火温度升高,X射线衍射峰强度增强,TO模强度增强。

SiO_2层上沉积的纳米多晶硅薄膜及其特性

采用低压化学气相沉积(LPCVD)系统以高纯SiH4为气源,在p型10.16 cm<100>晶向单晶硅衬底SiO2层上制备纳米多晶硅薄膜,薄膜沉积温度为620℃,沉积薄膜厚度分别为30 nm、63 nm和98 nm.对不同薄膜厚度的纳米多晶硅薄膜分别在700℃、800℃和900℃下进行高温真空退火.通过X射线衍射(XRD)、Raman光谱、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对SiO2层上沉积的纳米多晶硅薄膜进行特性测试和表征,随着薄膜厚度的增加,沉积态薄膜结晶显著增强,择优取向为<111>晶向.通过HP4145B型半导体参数分析仪对沉积态掺硼纳米多晶硅薄膜电阻I-V特性测试发现,随着薄膜厚度的增加,薄膜电阻率减小,载流子迁移率增大.

基于纳米多晶硅薄膜压力传感器胎压监测系统

本文给出纳米多晶硅薄膜压力传感器,由方形硅膜和四个纳米多晶硅薄膜电阻构成惠斯通电桥结构组成,采用MEMS技术在硅片实现传感器芯片制作。当工作电压VDD = 5.0 V时,传感器灵敏度为0.15 mV/kPa,准确度为0.39 %F.S.,可实现轮胎胎压测量。根据胎压传感器特性和NRF24L01无线通信技术,实现胎压监测系统设计。通过无线模块实现实时数据传输,该系统可实现对轮胎胎压的实时监测,保证车辆安全。

纳米多晶硅薄膜压力传感器制作及特性

给出一种纳米多晶硅薄膜压力传感器,采用LPCVD法在衬底温度620℃时制备纳米多晶硅薄膜,基于MEMS技术在方形硅膜不同位置制作由4个薄膜厚度为63.0nm的掺硼纳米多晶硅薄膜电阻构成惠斯通电桥结构,实现对外加压力的检测.实验结果表明,当硅膜厚度75μm时,纳米多晶硅薄膜压力传感器在恒压源5.0V供电时,满量程(160kPa)输出为24.235mV,灵敏度为0.151mV/kPa,精度为0.59%F.S,零点温度系数和灵敏度温度系数分别为-0.124%/℃和-0.108%/℃.

多晶硅纳米薄膜压阻式压力传感器

多晶硅纳米薄膜具有优越的应变灵敏特性和稳定的温度特性。为了使这种良好的压阻特性得到实际应用,文中给出了多晶硅纳米薄膜压阻式压力传感器的设计方法。根据多晶硅纳米薄膜压阻特性和硅杯腐蚀技术条件确定弹性膜片结构,并采用有限元分析方法对弹性膜片尺寸以及应变电阻分布进行了优化。依据优化设计结果试制了压力传感器芯片。实验表明该传感器工艺简单、高温特性好、灵敏度高。

多晶硅纳米薄膜牺牲层压力敏感结构设计

为使多晶硅纳米薄膜良好的压阻特性在MEMS（微机电系统）压阻传感器中得到有效应用，在设计牺牲层结构压力传感器芯片中探索性地采用了多晶硅纳米薄膜作为应变电阻，并给出这种传感器的设计方法。分析了牺牲层结构弹性膜片的应力分布对传感器灵敏度的影响，优化设计了量程为0—0．2MPa多晶硅纳米膜压力传感器芯片的结构参数。有限元法仿真结果表明：在保证传感器灵敏度大于50mV／（MPa·V）的前提下，零点温漂系数可小于1×10^-3FS／℃；灵敏度温漂（无电路补偿）可小于1×10^-1FS／℃．为高灵敏、低温漂、低成本的高温压力传感器集成化发展提供了一条可行途径。

掺杂浓度对多晶硅纳米薄膜应变系数及其线性度的影响

利用低压化学气相沉积（LPCVD）技术制备了不同掺杂浓度的多晶硅纳米薄膜，并对样品的压阻特性进行了测试．采用最小二乘法对实验数据进行拟合，得到了应变系数及其线性度与掺杂浓度的关系．实验结果表明：掺杂浓度从8．1×10^18cm^-3变化至7．1×10^20cm^-3，多晶硅纳米薄膜的纵向和横向应变系数先增加再减小，最后基本不再随掺杂浓度而变化，且纵向应变系数大于横向应变系数：掺杂浓度低于4.1×10^19cm^-3时，应变系数的非线性较大，且随掺杂浓度的升高而迅速减小；掺杂浓度高于4．1×10^19cm^-3时，应变系数的非线性较小并出现波动现象，同时纵向应变系数的非线性小于横向应变系数的非线性．利用隧道压阻理论对实验结果进行了分析．结合以前的研究结果可知，适合传感器制作的多晶硅纳米薄膜的优化掺杂浓度应为（2．0～4．1）×10^20cm^-3，为进一步利用多晶硅纳米薄膜制作传感器提供了非常有价值的参考信息．

多晶硅纳米薄膜电学特性的实验研究

用低压化学气相淀积(LPCVD)法淀积了膜厚为60～250nm的多晶硅纳米薄膜,研究了膜厚和掺杂浓度对多晶硅纳米薄膜电学特性的影响。结合扫描电镜(SEM)图片,在电阻率与电阻率温度系数测试结果的基础上,分析了膜厚和掺杂浓度对薄膜电学特性的影响。结果表明:重掺杂多晶硅纳米薄膜具有良好的温度特性,电阻率温度系数可达到1×10-4～3×10-4/℃的水平。

多晶硅纳米薄膜压阻和电学修正特性

本文制备了不同掺杂浓度的多晶硅纳米薄膜,研究了掺杂浓度对多晶硅纳米薄膜压阻和电学修正特性的影响。利用低压化学气相淀积法制备了不同掺杂浓度的多晶硅纳米薄膜,掺杂浓度分别为1.0×10^20 cm^-3、2.0×10^20 cm^-3、4.1×10^20 cm^-3和7.1×10^20 cm^-3。利用应变系数测量装置对不同掺杂浓度多晶硅纳米薄膜的应变系数进行了测量;利用恒流源和万用表测量不同掺杂浓度多晶硅纳米薄膜的电学修正特性。实验结果表明:多晶硅纳米薄膜的应变系数与掺杂浓度有关,应变系数范围:33.38~38.41;利用电学方法能够修正多晶硅纳米薄膜的电阻,最大修正范围可达15.4%。多晶硅纳米薄膜具有较高的应变系数,适用于制作压阻式传感器;电学修正可用来调整多晶硅纳米薄膜的电阻,进而降低传感器的失调。

基于电学修正多晶硅纳米薄膜的压力传感器

为了进一步提高多晶硅纳米薄膜压力传感器的性能,使用80 nm厚度的多晶硅纳米薄膜作为压力传感器的压敏电阻,设计制作了一款压力传感器。压力传感器制备封装完毕后,利用电学修正技术使多晶硅纳米薄膜压敏电阻更精确地匹配。对压力传感器的制备流程进行了完整描述,在25℃至200℃的温度范围内,测试了压力传感器的性能。压力传感器的满量程为0.6 MPa,在25℃和200℃时,灵敏度分别为22.19(mV/V)/MPa和18.30(mV/V)/MPa,在没有外界补偿的情况下,灵敏度的温度系数约为-0.10%/℃。在25℃和200℃时,失调分别是1.653 mV和1.615 mV,失调的温度系数约为-0.013%/℃。由于电学修正多晶硅纳米薄膜具有良好的压阻特性和温度稳定性,压力传感器表现出较好的性能。

基于双岛结构的多晶硅纳米薄膜压力传感器

为解决传统半导体压力传感器温度特性差、非线性度高等问题,设计一种基于双岛结构的多晶硅纳米薄膜压力传感器。利用有限元分析软件分析硅膜结构的应力分布规律,确定力敏电阻的最佳布局,进一步提高了传感器的灵敏度。这种压力传感器兼具温度特性好、灵敏度高、线性度好等综合性能。

复合钝化多晶硅纳米膜应力分布仿真分析

多晶硅纳米薄膜具有优良的压阻特性,为提高其在传感器应用中的稳定性和可靠性,对这种薄膜的钝化层结构进行了研究。基于压力传感芯片的结构特点,建立了钝化层结构的有限元分析分析模型,给出了应力分布与SiO_2和Si_3N_4钝化层结构之间关系。结果表明:采用Si_3N_4-SiO_2-Si_3N_4复合钝化结构,适当控制各结构层厚度可有效降低热失配引起的内应力。从而给出了降低薄膜内应力的钝化方法,为多晶硅纳米薄膜在压阻式传感器上的应用提供了必要的技术支持。