納米硅薄膜晶體管壓力傳感器制作及特性研究.pdf

1、納米硅薄膜是一種新型薄膜材料，它由大量硅細(xì)微晶粒和包圍著它的晶粒界面組織而構(gòu)成。晶粒大小約為3～8nm，晶粒是單晶態(tài)的，晶粒間界的厚度約為2～4個(gè)原子層，晶態(tài)比約為50％。納米硅薄膜因其特殊的晶格結(jié)構(gòu)，具有高應(yīng)變因子和高載流子遷移率等優(yōu)異物理特性。
　　 本文利用納米硅薄膜具有高應(yīng)變因子的特性，給出以納米硅薄膜作為溝道層的納米硅薄膜晶體管壓力傳感器基本結(jié)構(gòu)，在C型硅杯硅膜上制作四個(gè)納米硅薄膜晶體管，溝道電阻構(gòu)成惠斯通電橋結(jié)構(gòu)。外

2、加壓力P作用下，硅膜發(fā)生彈性形變，基于壓阻效應(yīng)，納米硅薄膜晶體管溝道電阻阻值發(fā)生變化，惠斯通電橋產(chǎn)生輸出電壓，實(shí)現(xiàn)對外加壓力P的檢測。根據(jù)基本結(jié)構(gòu)，采用ANSYS有限元軟件研究硅膜形狀、硅膜厚度對應(yīng)力分布的影響，在此基礎(chǔ)上，以n型〈100〉晶向高阻單晶硅為襯底，在方形硅膜上設(shè)計(jì)納米硅薄膜晶體管壓力傳感器，傳感器芯片尺寸為5000μm×5000μm×500μm，硅膜尺寸為3000μm×3000μm，納米硅薄膜晶體管溝道寬度為80μm，設(shè)計(jì)

3、溝道長度分別為160μm、320μm和480μm三種尺寸的納米硅薄膜晶體管壓力傳感器。本文通過采用CMOS工藝和MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)納米硅薄膜厚度為61nm的納米硅薄膜晶體管壓力傳感器芯片制作和封裝。室溫條件下，采用FLUKE719100G壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)研究納米硅薄膜晶體管設(shè)計(jì)參數(shù)、硅膜厚度對壓力傳感器特性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出，當(dāng)傳感器供電電源電壓為5.0V時(shí)，硅膜厚度為55μm溝道長寬比為160μm∶80μm、320μm∶80μm和480μ