基于MEMS的高性能硅压力传感器芯片设计与验证

本文主要探讨了一种基于微机电系统(MEMS)技术的压力传感器芯片设计方法。硅压力传感器是通过利用半导体硅的压阻效应来工作的，其性能的优劣关键在于敏感结构的设计与制作工艺。研究者首先着重于选择合适的敏感薄膜，针对方形、矩形和圆形膜片的应力、挠度以及长宽比进行了分析，最终选择了方形薄膜，因为其能提供更稳定的输出特性。 在敏感电阻条的设计上，作者考虑了掺杂类型、掺杂浓度、节深以及压敏电阻的最大功率等因素。这些参数的精确设定有助于确定电阻条的长度、宽度和折叠次数，以优化传感器的线性响应、减小温度漂移和时间漂移。特别是通过压敏电阻灵敏度与应力关系的研究，作者确定了敏感薄膜上放置压敏电阻的最佳位置，这是确保传感器高精度的关键步骤。 文章的核心内容包括压阻式压力传感器的工作原理，即当单晶硅材料受力时，其电阻率会发生变化，从而导致电阻值的变化。利用MEMS技术，通过扩散或离子注入等集成电路工艺，可以实现敏感电阻条的制作，并结合惠斯顿全桥检测电路，形成完整的传感器结构。 研究者还强调了敏感薄膜和压敏电阻条设计对传感器性能的直接影响，如灵敏度、非线性、稳定性等，这些都是通过实验验证得出的结果，其中所设计的压力传感器精度可达0.1%~0.25%的满量程(F.S.)。 这篇论文提供了硅压力传感器芯片设计的具体实施方案，不仅涵盖了理论分析，还包含了实际操作中的关键技术细节，对于从事MEMS压力传感器研发的工程师和技术人员具有很高的参考价值。通过本文的研究，可以为制造出具有优良性能和可靠性的压力传感器芯片提供有价值的指导。