基于MEMS技術的硅脈象傳感與檢測系統的研究.pdf

1、脈診是中醫(yī)學中最具特色的診斷方法，具有簡便、可靠、無創(chuàng)傷等優(yōu)點。隨著現代科學技術的飛速發(fā)展，用科學的方法采集、處理脈象信息，成為脈診為患者提供疾病客觀信息的重要手段，而脈象傳感器的設計和制作是脈診客觀化研究的基礎。
　　 本文采用MEMS技術、CMOS工藝和激光加工技術，設計并制作了硅杯和懸臂梁兩種結構的以納米硅/單晶硅異質結為源極和漏極的MOSFETs脈象傳感器，該脈象傳感器具有體積小，重量輕、靈敏度高、溫度特性好等優(yōu)點，能夠

2、實現對微小脈象信號的準確檢測。作為脈象傳感器的應用，本文研制了納米硅/單晶硅異質結MOSFETs脈象檢測系統，并闡述了采用人工神經網絡處理脈象檢測結果的方法。
　　 在理論分析的基礎上，本文設計了納米硅/單晶硅異質結MOSFETs脈象傳感器的力敏結構，確定了襯底材料、硅膜厚度、MOSFET溝道電阻在硅膜和懸臂梁上的位置。在硅杯的長方形硅膜上和懸臂梁上分別設計四個納米硅/單晶硅異質結p-MOSFET，以p-MOSFET的溝道電阻做

3、為力敏電阻，并將四個p-MOSFET溝道電阻構成惠斯通電橋結構。當硅膜和懸臂梁受到脈搏壓力作用時，其內部MOSFET溝道電阻的改變使惠斯通電橋輸出電壓發(fā)生變化，可以實現對脈搏壓力的檢測。
　　 本文在n型＜100＞晶向雙面拋光單晶硅片上，分別制作了硅杯和懸臂梁結構的納米硅/單晶硅異質結MOSFETs脈象傳感器芯片，給出了制作工藝和MOSFETs脈象傳感器芯片照片。為了解決現有硅懸臂梁刻蝕工藝中存在的刻蝕速度和刻蝕質量等問題，本文

4、研究了激光加工技術與MEMS技術相結合制作硅懸臂梁的方法，使硅懸臂梁的制備更加簡潔、快速、精準，有效克服了傳統懸臂梁釋放時存在的削角問題，也為其他微結構的制備提供了高質量的激光刻蝕方法。
　　 本文對制備的納米硅/單晶硅異質結p-MOSFET的特性、硅杯式納米硅/單晶硅異質結MOSFETs脈象傳感器的靜態(tài)特性、懸臂梁式納米硅/單晶硅異質結MOSFETs脈象傳感器的特性，以及硅杯式納米硅/單晶硅異質結MOSFETs脈象傳感器的溫度

5、特性等四個方面，給出實驗結果如下：
　　 在不受外加壓力作用時，對納米硅/單晶硅異質結p-MOSFET的電學特性進行測試分析，并對納米硅/單晶硅異質結p-MOSFET在-20℃～60℃的溫度范圍內進行高低溫實驗。實驗結果表明，納米硅/單晶硅異質結p-MOSFET的溝道電流IDS隨溫度變化很小，而且隨著溫度的升高溝道電流IDS的變化量減小。四個納米硅/單晶硅異質結p-MOSFET的溝道電阻都隨著溫度的增加而略有變小。
　　

6、 分別采用恒壓源和恒流源兩種供電方式對硅杯式納米硅/單晶硅異質結MOSFETs脈象傳感器進行標定，傳感器外加壓力量程O～160kPa。實驗結果給出，采用恒壓源供電時，納米硅/單晶硅異質結MOSFETs脈象傳感器的靈敏度隨著供電電壓的增加而增加，當供電電壓為-5.0V時，靈敏度為0.6517mV/kPa，準確度為2.343％F.S；采用恒流源供電時，納米硅/單晶硅異質結MOSFETs脈象傳感器的靈敏度隨著供電電流的增加而增加，當供電電流為

7、1.000mA時，靈敏度為0.6381mV/kPa，準確度為2.281％F.S。
　　 對懸臂梁式納米硅/單晶硅異質結MOSFETs脈象傳感器的特性進行測試，實驗結果給出，在一定的振動頻率下，懸臂梁的加速度越大，傳感器的輸出電壓越大；在一定的加速度下，振動頻率越高，傳感器的輸出電壓越大。
　　 在不同溫度下，對硅杯式納米硅/單晶硅異質結MOSFETs脈象傳感器的溫度特性進行測試。實驗結果表明，在恒壓和恒流兩種供電方式下，

8、納米硅/單晶硅異質結MOSFETs脈象傳感器的靈敏度都隨著溫度的降低而升高。
　　 本文給出納米硅/單晶硅異質結MOSFETs脈象傳感器的應用實例，介紹了納米硅/單晶硅異質結MOSFETs脈象檢測系統的總體設計方案和各功能模塊的設計方法，并給出MOSFETs脈象檢測系統的實測結果。本文還闡述了利用人工神經網絡中的誤差反向傳播神經網絡和概率神經網絡對脈象檢測結果進行分析，判別婦女是否懷孕的方法。這種方法有別于單純對脈形進行分類的分