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大气压力传感器的设计与制造

大气压传感器在工业生产、气象预报、气候分析、环境监测、航空航天等方面发挥着不可替代的作用。传统的压力传感器一般是机械的,体积相对较大,不利于微型化和集成。MEMS该技术不仅可以解决上述缺点,而且可以大大降低成本,而且具有更好的性能。MEMS技术得到广泛应用的压力传感器主要有压阻式和电容式两大类,压阻式压力传感器的线性度很好,但精度一般,温漂大,一致性差;电容式压力传感器与之相比,精度更高,温漂小,芯片结构更具鲁棒性,但线性度差且易受寄生电容的影响。目前MEMS电容式压力传感器主要用于过压测量,气象压力测量较少,价格昂贵。为此,本文开发了一种高性能、低成本的微型电容式气象压力传感器,整个过程简单标准,膜材料选择单晶硅,采用接触结构,阳极键形成真空腔,最后由KOH硅膜由各向异性腐蚀和深蚀形成。试验结果表明,该传感器适用于气象压力测量。

大气压力传感器的设计和制造 敏感膜是大气压力传感器的核心部件,其材料、尺寸和厚度决定了传感器的性能。 目前,敏感膜的材料大多采用重掺杂材料p型硅、Si3N4.单晶硅等。这些材料各有优缺点,其选择与目标要求和具体工艺有关。硅膜不破坏晶格,具有优异的机械性能。适用于阳极键空腔。从简化工艺的目的出发,选择硅膜。 使用有限元分析软件ANSYS模拟接触式结构的薄膜工作状态。Si,膜的形状是正方形,边长1000 μm,膜厚5 μm,极板间距10 μm。在1.01105Pa在大气压力下,膜的中央接触部分和四个角基本不受应力影响,四个角的中央应力最大为1.07 MPa,小于硅的屈服应力7 MPa。

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