基于SOI壓力和磁場(chǎng)多功能傳感器集成化研究.pdf

1、本文根據(jù)壓阻效應(yīng)和磁敏二極管工作原理，以SOI片為襯底（器件層為n型<100>晶向高阻硅），采用MEMS技術(shù)構(gòu)建壓力和磁場(chǎng)多功能傳感器集成化結(jié)構(gòu)模型，壓敏結(jié)構(gòu)由C型硅杯和方形硅膜上四個(gè)p型壓敏電阻構(gòu)成的惠斯通電橋組成，磁敏結(jié)構(gòu)為方形硅膜外的長“基區(qū)”硅磁敏二極管。理論分析給出，外加壓力P引起方形硅膜發(fā)生彈性形變，惠斯通電橋輸出電壓發(fā)生變化，完成外加壓力P的測(cè)量;在外加磁場(chǎng)B作用下，長“基區(qū)”硅磁敏二極管注入載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，引起磁敏二極管

2、電流發(fā)生變化，完成外加磁場(chǎng)B的測(cè)量。基于傳感器集成化結(jié)構(gòu)，本文分別利用ANSYS軟件和ATLAS器件仿真軟件建立壓敏結(jié)構(gòu)和磁敏結(jié)構(gòu)仿真模型，進(jìn)一步分析多功能傳感器壓敏特性和磁敏特性。在此基礎(chǔ)上，分析給出硅膜形狀、硅膜厚度等因素對(duì)多功能傳感器壓敏特性影響，論述磁敏二極管基區(qū)長度對(duì)磁敏特性影響，并采用L-Edit軟件實(shí)現(xiàn)芯片版圖優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　本文采用MEMS技術(shù)在SOI片進(jìn)行壓力和磁場(chǎng)多功能傳感器芯片集成化制作，并利用內(nèi)引線壓焊技術(shù)

3、實(shí)現(xiàn)傳感器芯片封裝。在室溫條件下，采用美國MensorCPC6000全自動(dòng)高精度壓力變送器測(cè)試系統(tǒng)、CH-Hall磁場(chǎng)發(fā)生系統(tǒng)和奧貝斯GDJS-100LG-G高低溫濕熱試驗(yàn)箱對(duì)多功能傳感器進(jìn)行特性研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出:外加磁場(chǎng)B=0 T時(shí)，壓敏結(jié)構(gòu)靈敏度為1.376 mV/kPa;外加磁場(chǎng)B≠0T，壓敏結(jié)構(gòu)輸出—輸入特性曲線基本不變，說明外加磁場(chǎng)對(duì)多功能傳感器壓敏特性影響微弱;當(dāng)外加壓力P=0 kPa時(shí)，硅磁敏二極管I-V特性曲線隨外加磁