E+E微壓力傳感器的設計與制作工藝研究
E+E微壓力傳感器是在微機電系統領域zui早開始研究并且產業(yè)化的微機電器件之一,微機電系統以微加工工藝為重點研究內容。主要對E+E微壓力傳感器的相關部分進行設計,并在研究相關微加工工藝的基礎上制作了一種驗證性的壓阻式E+E微壓力傳感器。主要內容如下:利用壓阻效應、大(小)撓度理論、膜的應力形變等力學、電學知識設計了一種壓阻式E+E微壓力傳感器。

E+E微壓力傳感器的設計與制作工藝研究
在生物醫(yī)學領域,可侵入人體內的微型壓力傳感測量技術在疾病診斷中發(fā)揮著重要的作用。在高溫、高壓、強電磁擾和腐蝕性的工業(yè)環(huán)境下,也需要微型傳感器對壓力進行測試。工作是研制一種微型非本征法布里一珀羅涉(Extrinsic Fabry-Perot Interferometric,EFPI)E+E微壓力傳感器,它的全石英結構長期穩(wěn)定性好,結構小巧,制作技術簡單,成本低廉,非常適用于高溫高壓、強腐蝕性的惡劣環(huán)境及狹小空間。利用光的涉理論分析了EFPI傳感頭的涉原理,通過參考EFPI微傳感器的各種典型結構,確立了微型EFPIE+E微壓力傳感器的結構設計方案:在單模微末端熔接一段中空石英絲,在石英絲的另一端熔接石英膜片,通過研磨和腐蝕法將膜片加工成一定厚度的薄膜。單模微末端面和薄膜之間形成F-P涉腔,整個傳感頭外徑只有125μm。并提出一種初始腔長的確定方法,實驗中腔長可以精確地設置在20μm以上。研制出一種微型EFPIE+E微壓力傳感器,并采用白光源光譜域解調方法進行了壓力的定標和溫度敏感性的測量實驗。實驗結果表明,設計的微型EFPIE+E微壓力傳感器性能良好,在0～25MPa范圍內,壓力-腔長關系曲線的線性度達0.99996,腔長一壓力靈敏度為2nm/MPa;該傳感器溫度敏感性小,在22～200℃的溫度范圍內,腔長的溫度敏感性約為0.03nm/℃。此種傳感器理論上具有較大的靈敏度,測壓范圍能根據要求而變化。研究了微電容式壓力傳感器的差動電容結構設計和微諧振式壓力傳感器的微諧振子結構設計,利用ANSYS軟件對微差動電容的結構進行了優(yōu)化設計。初步研究了利用PECVD淀積Si3N4薄膜的工藝,討論了影響薄膜質量的相關工藝參數;初步研究了用ICP刻蝕SiO2和Cr的相關工藝;通過分析不同濃度TMAH腐蝕液在不同溫度下其PH值的變化,研究了以溶液PH值作為腐蝕溶液的控制參數。基于某些微加工工藝制訂了一套工藝流程,成功制作了前面所設計的壓阻式E+E微壓力傳感器芯片。

E+E微壓力傳感器的設計與制作工藝研究
實驗過程表明:此工藝流程簡便、可操作性強、成品率高。基于惠斯頓電橋的測量原理,利用兩級放大電路和兩級巴特沃思低通濾波電路搭建了一簡單的測試電路系統,成功地檢測出了輸出電壓的微小變化值并得出了一些初步的實驗數據,驗證了芯片設計和工藝流程的正確可行性。論文的相關研究和實驗結果對于E+E微壓力傳感器的設計、制作具有一定的參考價值,微加工工藝的相關研究結論也可以應用在其它微機電器件的制作上。