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SiC材料由于其出色的机械特性、电学特性和化学特性越来越被研究者们所重视。特别是在一些高温、强震动和化学腐蚀等恶劣环境中,SiC MEMS传感器和执行器具有无可比拟的优势。到目前为止,它被广泛地用来制备RF MEMS器件、压力传感器、加速度器、谐振器等。
本文选择SiC材料作为研究对象,首先重点研究了三种SiC材料的制备方法,包括LPCVD和两种PECVD方法。对生成的SiC薄膜进行了性能的比较分析,包括表面形态、物质组分、机械特性以及化学特性等。通过以上比较分析了不同制备方法所得到的SiC材料在不同MEMS领域的应用。
随后,选择在恶劣环境下应用最为广泛的压力传感器作为研究对象,设计了电容式压力传感器,运用ANSYS仿真分析了传感器的工作原理及影响要素。
结合低温PECVD生长的SiC薄膜的工艺,采用体硅工艺制备了这种电容式的压力传感器。由于PECVD工艺在300℃生长SiC,使得MEMS器件可以与CMOS工艺直接集成。对薄膜应力、电极材料、键合条件等方面进行了大量深入细致地研究和优化,并最终顺利完成流片,得到了完好的器件。最后运用BD031电路对该压力传感器性能进行了测试和分析。
对得到的不同电极(Al和Cr/Au/Cr三层结构)、不同形状(方形和圆形)、不同尺寸的器件进行比较测试,对于气压和测试电压的曲线得到最好的线性度为0.95%,平均的线性度在3%左右,测试的量程在5atm。