一种基于两块可变形膜的新型接触式电容压力传感器——通信类外文翻译、中英文翻译.doc

一种基于两块可变形膜的新型接触式电容压力传感器 焦语仲 光学技术微工艺国家重点实验室 中国科学院光电子研究所 中国成都610209 E-mail: Phoritto@yahoo.Com 摘要:为了获得更好的线性特征，我们设计了名为DDTMCPS的一种新型的具有一对可变形感应膜的接触式电容压力传感器。与现有的接触式电容压力传感器相比较，新型传感器具有更好的线性、大的线性工作范围等特征。这样一个装置也有高灵敏度,和普通接触式电容压力传感器所没有的其它优势。在这种新型的传感器中，第二片作为底部电极的膜在修改第一片作为顶部电极的膜产生的偏差时起了很大作用，进一步优化了接触式传感器的性能。硅熔接技术被用于制造这种新型传感器。 关键词：TMCPS、DDTMCPS、线性、灵敏度 中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：167124776 （2003）0820492204 1、引言 众所周知，电容压力传感器具有高灵敏度,耐用的结构,对外环境影响低灵敏性和没有温度漂移。但是，电容值与两电极之间的距离成反比关系导致了这个装置较大的非线性度的缺点。为了改进电容压力传感器的线性度，我们做出了很大努力。在那些尝试中,接触式电容压力传感器是比较成功的设计，因为它不仅能获得好的线性度，而且有较大的电压工作范围和顺利获得了过载保护[1~5]。基于以前的研究和对接触式电容压力传感器深入理解,我们设计了这种基于一对可变形感应膜的新型接触式电容压力传感器。与现有的接触式电容压力传感器相比较，新型传感器具有更好的线性、大的线性工作范围等特征。这样一个装置也有高灵敏度,和普通接触式电容压力传感器所没有的其它优势。 在这篇论文中,我们描述了这种新型接触式电容压力传感器的结构特征和本身特性，并且给出了新型装置和传统的接触式电容压力传感器的比较。 2、结构特征 这种新型装置在结构上非常不同于常规的电容压力传感器(NMCPS)和传统的接触式电容压力传感器(TMCPS)。图1(a)、(b)、(c)分别给出了NMCPS 、TMCPS和新型装置的结构示意图。NMCPS的结构与TMCPS的结构很相似。他们的主要差异在于压力敏感膜的工作状态。在正常方式运作中,感应膜与底层保持一定的距离，然而，在接触方式运作中感应膜允许与底层的薄绝缘层接触。在NMCPS和TMCPS中，感应膜由p+硅或者其它导体制造出来，适用作上部电极。另一电极作为底部电极被置于底层上。当一对电极彼此接触的时候，底部电极上需铺一层薄绝缘层来阻止短路。在二电极之间有一个真空的洞。 NMCPS和TMCPS所用的结构上参数是膜的大小a (和b)（为圆形膜的半径，在正方形或矩形膜的边长，a，b分别代表矩形膜的边长和宽度），膜的厚度用h表示，空穴的初始间隙为g，并且绝缘层厚度为t（对于NMCPS不重要）。新型装置包括两片分别作为顶部电极和底部电极的悬浮的膜，两个与外界隔绝的密封谐振腔，一层服着于两片膜之一上的绝缘层 ，如图1.所示。在NMCPS和TMCPS中，底部电极被固定在底层上，然而在新装置中，底部电极是随着第二片膜的变形而活动着的。在接触以前，第一片膜象压力载荷增长那样变形，但是第二片膜是静止的。在接触后第一片膜施力于第二片膜，导致了第二片膜的变形。新装置的基本结构参数有第一片膜的厚度h1、第二片膜的厚度h2、第一片膜的大小a1（b1）、第一个空穴的初始间隙g1、第二个空穴的初始间隙g2、绝缘层的厚度t。所有这些参数都与机械特性无关，随着必要条件的不同而变化。既然新的电容压力传感器需要两片悬浮的膜来形成，我们可以把这样一种新装置命名为双膜接触式电容压力传感器，缩写为DDTMCPS。在以下部分，我们会给出与DDTMCPS特性有关的模拟结论。 图1、 三种类型电容压力传感器的示意图 3、C2P特性 图2表明了有两片用掺杂了很多硼的硅（P+）制成的正方形膜、边长a1=a2=400μm、厚度h1=h2=5μm 、两电极μm间初始间隙g1=5μm、绝缘层厚度t=0.35μm的DDTMCPS的C2P特性在标准区域超越了传统接触式。 图2、DDTMCPS和TMCPS在四个区域：标准区、过渡区、 线性区和饱和区的模拟C2P特性示意图 a1 = a2 = a = 400μm ， h1 = h2 = h =5μm ， g1 = g = 5μm 为了比较，图中也给出了参数为a= 400μm， h = 5μm，g = 5μm，和 t = 0. 35μ的正方形P+膜构成的TMCPS的C2P特性。和TMCPS一样，DDTMCPS的特性也有四个区域，即标准区、过渡区、线性区和饱和区。当压力负荷小于52Psi时