北京交通大學(xué)教學(xué)課件—敏感器件設(shè)計(jì)-資料下載頁(yè)
2025-02-21 15:13本頁(yè)面
【正文】 c drawing of the sensor structure 3. 模擬與優(yōu)化 形狀 尺寸 （ um） 一階頻率（ kHz ） 二階頻率（ kHz ） 三階頻率（ kHz） 矩形 350╳ 300 500╳ 300 兩腳形 L1:300 L2:50 W1:200 W2:150 四腳形 L1 L2 L3 W1 W2 300 140 50 200 75 300 140 50 200 150 300 100 100 200 75 2. 工作原理 amplifier V+ Vout R fout 傳感器的檢測(cè)原理示意圖 laser ? 電阻檢測(cè)系統(tǒng) 1）叉指電極 2）氣體敏感膜 3）外接測(cè)量電路 ? 質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng) 1. 電容檢測(cè)： is =dq/dt=dCs/dt *Vs 2. 激光檢測(cè)（光學(xué)多普勒效應(yīng)） ? 實(shí)驗(yàn) —— 解決表面平坦化 多晶硅： ① 耐氫氟酸腐蝕的能力較強(qiáng) ② 應(yīng)力較小 步驟： ⑴ LPCVD PSG 2mm。 ⑵ 光刻 、 刻蝕 PSG。 ⑶ LPCVD PolySi 2mm。 ⑷ RIE PolySi 形成側(cè)墻 2. Si3N4的應(yīng)力實(shí)驗(yàn) ? 實(shí)驗(yàn)過程 ⑴ 選片 ， 測(cè)量硅片的原始應(yīng)力 。 ⑵ 熱氧化形成 2022197。的 SiO2,測(cè)量應(yīng)力 。 ⑶ LPCVD Si3N4 2022 197。， 測(cè)量應(yīng)力 。 ⑷ 對(duì) Si3N4進(jìn)行離子注入，分別采用不同的工藝條件 磷離子 P 硼離子 B 相同劑量 （ 5E15） 不同能量 130， 150， 180（ kev） 40,70,100(kev) 相同能量 (130kev)不同劑量 0, 1E14, 5E15 要求： ① 導(dǎo)電性好 ② 抗氫氟酸能力強(qiáng) A. Pt （與襯底材料的粘附性） B. PtSi 硅化鉑耐王水腐蝕實(shí)驗(yàn) C. PolySi（摻雜） 5. Pt黏附性實(shí)驗(yàn) ——增強(qiáng)表面金屬連線的抗腐蝕性 ⑴ 選片 ， 三種材料： Si3N4（ 2022 197。） 、 SiO2（ 2022 197。） 、 Si為襯底的樣片 。 ⑵ 濺射 Pt(1000 197。)或 Au/Pt， 在濺射之前每種樣片分出一片 進(jìn)行反濺 ， 目的是將襯底表面粗糙化以增強(qiáng)鉑與其的黏附 性 。 ⑶ 進(jìn)行氫氟酸 HF腐蝕實(shí)驗(yàn) ， 時(shí)間分別為 7分鐘 （ 犧牲層釋放 時(shí)間 ） 和更長(zhǎng)的 10分鐘 ； ⑷ 在顯微鏡下觀察樣片表面的情況 ； 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 Si3N4上的 Au/Pt,先反濺 ,HF腐蝕 10分鐘 Si3N4上的 Pt, 未反濺 ,HF腐蝕 7分鐘 SiO2上的 Pt,先反濺 HF 腐蝕 10分鐘 Si上的 Pt,先反濺 ， 后經(jīng) HF腐蝕 10分鐘 1. 金屬氧化物敏感材料（ SnO2） 2. 復(fù)合氧化物固體電解質(zhì)材料 3. 高分子氣敏（濕敏）材料 —— 丙烯酸溶于苯乙醇（ 1： 1），放置 24小時(shí) 五 傳感器的測(cè)試 被測(cè)氣體： H2O 測(cè)試內(nèi)容： 1. 頻率測(cè)試： 33%、 53%、 75% （頻率變化、 Q值、靈敏度） 2. 電阻測(cè)試： 11%、 33%、 53%、 75% （電阻變化） 目的：證明該傳感器吸附氣體后電學(xué)量和質(zhì)量均應(yīng)該有明顯的變化從而驗(yàn)證 可表征氣體的特征信息 mf DD / 示波器 激勵(lì)電源 激光測(cè)振儀 傳感器頻率檢測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 Laser 密閉容器 上電極 下電極 測(cè)試結(jié)果（ 直流 18V, 交流的峰峰值為 ） （ b）濕度為 53％ (a)濕度為 33％ （ c）濕度為 75％ 矩形（ 350 300）諧振梁在不同濕度條件下測(cè)振的輸出波形 濕度為 33％、 53％、 75％時(shí)傳感器的 Q值分別為 、 （ a） L=350mm 矩形梁 在不同濕度條件下不同形狀梁的諧振頻率響應(yīng) （ b） L=500mm 兩腳梁 靈敏度 S定義為 ?f/氣體濃度每變化 1％， 350mm的為52Hz/ ?1% 濕度， 500mm的為 35Hz/?1% 濕度 智能 LCR測(cè)量?jī)x 氣敏膜 傳感器的電阻檢測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 需要繼續(xù)探索或改進(jìn)的問題： 1. 工藝：下電極也可采用先反濺后濺 Pt的方法； 2. 結(jié)構(gòu)：提高 Q值，可以采用另一種電容式諧振梁結(jié)構(gòu)（梁諧振方式為水平方向）以減小諧振梁振動(dòng)的阻尼； 3. 測(cè)試：頻率檢測(cè)方式如采用電容電流檢測(cè)方式將有利于集成化、產(chǎn)品化 檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)； 增加測(cè)試氣體的種類進(jìn)一步驗(yàn)證理論的正確性
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