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MEMS设计3号
基于MEMS技术设计一种压阻式压力传感器。
给出传感器基本结构和工作原理;
答:设计的传感器的基本结构是这样的,如图所示:
(a) (b) (c)
图(a)(b)(c) 分别代表着传感器结构的顶部视图、剖面图和底部视图。它的尺寸为1200×1200×145(单位:μm)。这个传感器采用了C型硅杯结构,采用的是N型100晶向。在顶部的膜上扩散扩散了四个P型电阻。顶部膜的尺寸为1000×1000(单位:μm),电阻条的尺寸是100×50(单位:μm)。
这个传感器的工作原理是:顶部的膜片扩散了四个阻值相等的电阻构成电桥,当没有受到压力时阻值仍然是相等的,这个电桥时平衡的,没有电压输出。当它受到压力时,由于应力作用,四个电阻阻值发生了变化。即:
R1R3与R2R4 受到的应力是相反的,因此电阻的变化率也是相反的。这样就打破了电桥原有的平衡,有电压信号输出,输出的电压与受到的压力存在某种函数关系。这样就可以通过输出的电压来测量它所受到的压力。
采用3D Builder建立仿真结构模型。
答:3D Builder建立仿真结构模型如下(grid spacing: 50μm):
采用Electromechanical分析压力传感器特性(给出外加压力P=300kPa时,硅膜应力分布)。
答:首先固定各个不受压力的面,并在受力面施加300kPa的压力。具体的操作是:main menu Boundary Fixed,依此点击需要固定的面,生成如下的文本信息:
elcome to IntelliSuite!
Please Select Face to Modify Boundary Conditions...
Face 7 has been selected for fixed boundary
Face 14 has been selected for fixed boundary
Face 4 has been selected for fixed boundary
Face 8 has been selected for fixed boundary
Face 3 has been selected for fixed boundary
Face 12 has been selected for fixed boundary
Face 6 has been selected for fixed boundary
Face 10 has been selected for fixed boundary
Face 2 has been selected for fixed boundary
然后,main menu Loads Pressure Face。点击膜片顶部的受力面,在弹出的对话框内键入“0.3MPa”。生成的文本信息如下:
Please Select Face to Modify Load Conditions...
Face 1 has been selected
最后 main menu Analysis,main menu result。得到如下的仿真结果。
XX方向硅膜的应力分布
YY方向硅膜的应力分布
ZZ方向硅膜的应力分布
XY方向硅膜的应力分布
YZ方向硅膜的应力分布
XZ方向硅膜上的应力分布
采用IntelliFab模拟第一题中传感器主要制作工艺过程。
给出模拟工艺过程。
答:Click:
(1)Defination Si Czochralski 100, t_film value = 145000nm,side: top ;
(2)Etch Si Clean RCA , Apply changes ;
(3)Deposition SIO2 LPCVD , t_film value = 100nm ,side: both ;
(4) Etch SiO2 Clean RCA , Apply changes ;
(5) Deposition SI3N4 LPCVD SIH2Cl2 , t_film value = 100nm ,side: both ;
(6) Definition UV Contact Offset , Side: top ,Mask Features: Outside ;
Layout加载掩膜板mask1.msk, Apply changes ;
(7) Etch SI3N4 Wet Sacrifice , t_etch = 100nm, Apply changes ;
(8) Definition UV Conta
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