【正文】 另外 ,在腐蝕 SiO2層前先濺鋁 ,刻出鋁壓焊塊 ,以便引線 。 單晶硅立體結(jié)構(gòu)的腐蝕加工過程 11:24 AM 122 N S i[ 1 0 0 ]Si3N4Si O2P o L y Si A l空氣腔( a ) ( b )( c ) ( d ) 在 N型硅（ 100）基底上淀積一層 Si3N4作為多晶硅的絕緣支撐 ,并刻出窗口 ,如圖 (a)所示。 11:24 AM 121 ( 2 ) 光刻和腐蝕氧化層( b )熱生成硅氧化膜 單晶硅 ( 1 0 0 ) 面基片( 1 ) 氧化的硅基片( a )光敏膠 ( 3 ) 各 向 異 性腐 蝕 硅( c )( 1 1 1 ) 硅平面5 4 . 7 4 176。它通常被應(yīng)用于于壓阻式壓力傳感器的校正和溫度補(bǔ)償。將適當(dāng)數(shù)量的二極管串聯(lián)在電橋的電源回路中，見圖。 設(shè) R1?、 R2?、 R3?、 R4?與 R1″ 、 R2″ 、 R3″ 、 R4″為四個(gè)橋臂電阻在低溫和高溫下的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)， RS?、 RP?與 RS?、 RS?分別為 RS、 RP在低溫與高溫下的欲求數(shù)值。 要消除 B、 D兩點(diǎn)的電位差 ， 最簡(jiǎn)單的辦法是在 R2上并聯(lián)一個(gè)溫度系數(shù)為負(fù) 、 阻值較大的電阻 RP， 用來約束 R2的變化 。一般用串、并聯(lián)電阻法補(bǔ)償，如圖所示。 11:24 AM 108 恒流源供電 )(2 tA D CA B C RRRR ????III A DCABC ????21R1+ △ R1 R2 △ R2 Uout R3 △ R3 R4+ △ R4 A B C D 11:24 AM 109 outU I R? ? ? ? outUR? ??11( ) ( )22o u t t tU I R R R I R R R? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 可見 ， 電橋輸出與電阻變化成正比 ， 即與被測(cè)量成正比 ， 與恒流源電流成正比 ， 即與恒流源電流大小和精度有關(guān) 。 0 1 11:24 AM 96 方案一 ：既利用縱向壓阻效應(yīng)又利用橫向 壓阻效應(yīng) 在 [001]晶向的 N型硅膜片上，沿 [110]與[110]兩晶向擴(kuò)散四個(gè) P型電阻條 x y z 11:24 AM 97 trrRR ??????????? ?????????? ?//11//rttRR ??????????? ?????????? ?//11//[110] [110] 11:24 AM 98 在 [110]晶向：擴(kuò)散兩個(gè)徑向 P型電阻 2 2 2 2 2 2// 4 4 1 1 1 1 1 12 ( )l m m n l n??? ? ?1 1 111 022l m n? ? ? ?// 4 412????2 2 2 2 2 244 1 2 1 2 1 2()l l m m n n??? ? ? ? ?2 2 211 022l m n? ? ?4412???? ? ?11:24 AM 99 在 [110]晶向：擴(kuò)散兩個(gè)切向 P型 電阻 2 2 2 2 2 2// 4 4 1 1 1 1 1 12 ( )l m m n l n?? ? ? ?02121111 ??? nml // 4 412????02121222 ???? nml 4412???? ? ?2 2 2 2 2 244 1 2 1 2 1 2()l l m m n n??? ? ? ? ?11:24 AM 100 所以 ： 24 4 4 4 213( ) ( 1 )28 rtrR p rRh? ? ? ? ????? ? ? ? ?????24 4 4 4 213( ) ( 1 )28 rttR p rRh? ? ? ? ????? ? ? ? ?????tr RRRR?????? ????????? ??11:24 AM 101 rRR?????? ?tRR?????? ??????? ?RRr 電阻變化與 r的關(guān)系： 11:24 AM 102 如：擴(kuò)散在 ，此時(shí) σt=0 rrrRR ????44// 21???????? ?tr RRRR?????? ????????? ??rrtRR ????4421????????? ??11:24 AM 103 方案二 ： 只利用縱向壓阻效應(yīng) 在 [110]晶向的 N型硅膜片上，沿 [110]晶向在 P型電阻條，[110]的橫向?yàn)?[001]。 當(dāng)圓形硅膜片半徑比 P型電阻的幾何尺寸大得多時(shí) ， 其電阻相對(duì)變化可分別表示如下： ttrlrRR ???? ???????? ?rttltRR ???? ???????? ?πtσr πl(wèi)σr πtσt πl(wèi)σt Rr Rt （ b） l l t tRR ? ? ? ?? ??11:24 AM 94 若圓形硅膜片周邊固定 ， 在均布?jí)毫Φ淖饔孟?， 當(dāng)膜片位移遠(yuǎn)小于膜片厚度時(shí) ， 其膜片的應(yīng)力分布為： 式中 r、 x、 h—— 膜片的 有效半徑 、 計(jì)算點(diǎn)半徑 、厚度 （ m） ； μ —— 泊松系數(shù) ， 硅取 μ =； P—— 壓力 （ Pa） 。 若在圓形硅膜片上擴(kuò)散出四個(gè) P型電阻 ， 構(gòu)成惠斯通電橋的四個(gè)臂 ， 這樣的敏感器件通常稱為固態(tài)壓阻器件 ， 如圖所示 。它較之傳統(tǒng)的膜合力平衡式、變電感式、變電容式、金屬應(yīng)變片式及半導(dǎo)體應(yīng)變片式傳感器技術(shù)上先進(jìn)得多， 目前仍是壓力測(cè)量領(lǐng)域最新一代傳感器 。 π壓阻系數(shù) 11:24 AM 74 電阻率的變化與應(yīng)力分量之間的關(guān)系 : ?????????????????????????????????????????????????????????????654321666564636261565554535251464544434241363534333231262524232221161514131211654321????????????????????????????????????????????????11:24 AM 75 分析 : ? 剪切應(yīng)力不可能產(chǎn)生正向壓阻效應(yīng) ? 正向應(yīng)力不可能產(chǎn)生剪切壓阻效應(yīng) ? 剪切應(yīng)力只能在剪切應(yīng)力平面內(nèi)產(chǎn)生壓阻效應(yīng) ? 剪切壓阻系數(shù)相等 ? 正向壓阻系數(shù)相等 ? 橫向壓阻系數(shù)相等 11 12 1212 11 1212 12 114444440000000000 0 0 0 00 0 0 0 00 0 0 0 0? ? ?? ? ?? ? ????????????????441211 ??? 、分別為縱向、橫向和剪切方向的壓阻系數(shù) 11:24 AM 76 ? 對(duì) P型硅 (摻雜三價(jià)元素）： ?π1 π12≈0，只考慮 π44 ： ? 對(duì) N型硅 (摻雜五價(jià)元素） ： ?π44 ≈0 ， π12 ≈ 1/2π11 ， 晶體 導(dǎo)電類型 電阻率 （ ) π11 π 12 π 44 Si P N + + + 壓阻系數(shù)（ 1011m2/N） 11:24 AM 77 p Q 任意方向（ P方向）電阻變化 σ// σ⊥ 1 2 3 I / / / /dRR? ? ? ??????σ∥ ： 縱向應(yīng)力 ?σ⊥ ：橫向應(yīng)力 ?π∥ ： 縱向壓阻系數(shù) ?π ⊥ : 橫向壓阻系數(shù) 11:24 AM 78 將各個(gè)壓阻系數(shù)向 P、 Q方向投影 : ))((2 21212121212144121111// nlnmml ?????? ?????))(( 22212221222144121112 nnmmll ??????? ????? 已知： ?(l1,m1,n1):P方向余弦 ?(l2,m2,n2):Q方向余弦 11:24 AM 79 ?關(guān)于方向余弦 ?c os222????zyxxl?c os222????zyxzn?c os222????zyxym某晶向 [xyz](x,y,z是密勒指數(shù)）的方向余弦為 ： 11:24 AM 80 例 1：計(jì)算（ 100）晶面內(nèi) [011]晶向的縱向與橫向壓阻系數(shù)。 單晶硅是各向異性的材料 ， 取向不同 ， 則壓阻效應(yīng)也不同 。 (110) [110] [100] (100) (111) [111] [001] [100] [010] [110] [100] [001] Z Y X 單晶硅內(nèi)幾種不同晶向與晶面 （ b） （ a） ? 對(duì)立方晶系（ x=y=z,x⊥y⊥z), 面指數(shù)為（ hkl)的晶面與密勒指數(shù)為 [hkl]的晶向彼此垂直。 h、 k、 l稱為密勒指數(shù) 。 此 晶面 與坐標(biāo)軸上的截距為 OA、 OB、 OC。單晶硅是 各向異性材料 ，取向不同其特性不一樣。 這種多面體的表面由稱為 晶面 的許多平面圍合而成 。 ? 硅成為一種重要的微機(jī)電系統(tǒng)材料，可作為微傳感