新型MEMS光学电流传感器的设计

提出了一种用于检测50 Hz高压交流电的新型MEMS光学电流传感器.详细介绍了器件的敏感与光学检测原理,给出了器件结构、温度补偿、滤波和工艺的设计过程,并模拟分析了器件在交流电100～3 600 A下的性能.结果表明:滤波后可得到稳定的测量光信号;温度变化±50 K时相应的测试误差为0.2%;器件在大电流下的灵敏度优于0.02 dB/A.     

SOI微型电场传感器的设计与测试

该文研制了一种新型的基于SOI (Silicon-On-Insulator)微机械加工技术的高性能电场传感器敏感结构。为提高传感器的灵敏度和信噪比,该器件采用侧面屏蔽感应电极的独特设计方案,降低了传感器屏蔽电极的边缘效应;并基于有限元仿真,进一步优化了传感器敏感结构参数。在室温和室内大气压条件下,测试表明,测试量程0～50 kV/m,传感器总不确定度优于2%,分辨率为50 V/m。     

基于SOI的低横向灵敏度压阻式加速度计的设计

提出了一种非同一平面的双弯曲梁的压阻式加速度计,在加速度作用下该结构梁的质心与质量块的质心对齐,从而实现低横向效应。利用SOLIDWORKS软件建立了结构模型,并用Comsol仿真软件和有限元ANSYS仿真软件对其进行静态分析、模态分析和电学性能分析。分析了影响频率和灵敏度的相关参数,对加速度计的结构参数进行了优化。设计了一套版图以及工艺加工方案,采用微电子机械系统(MEMS)标准工艺完成了加速度计的制备。最后进行精密离心机测试,结果表明该结构的加速度计具有较低的横轴灵敏度,其中X轴的横向灵敏度为0.078%,Y轴的横向灵敏度为0.002%,比较高的主轴灵敏度,Z轴灵敏度为0.64 mV/g。     

一种振动测量用电容式硅基MEMS加速度计

为了解决目前微电子机械系统(MEMS)加速度计在振动测量领域量程小和振动测量精度低等问题,基于绝缘体上硅(SOI)加工工艺,设计并制作了一款梳齿电容式MEMS加速度计。通过提高工作模态频率和干扰模态频差,提升了加速度计振动环境适应性;加速度计量程达到±50g,非线性度0.2%,横向灵敏度0.17%,分辨率优于0.5mg,体积9 mm×9 mm×2.7 mm,功率损耗30 mW。针对随机振动环境对加速度计的输出精度进行了实验验证,结果表明,MEMS加速度计与标准传感器的输出误差为2.69%,能够满足大部分工程应用需求。     

一种基于微熔技术的MEMS大量程压力传感器北大核心

基于半导体硅的压阻效应,研制了一种MEMS大量程压力传感器。为了实现大量程压力测量,采用了不锈钢材质制作了压力敏感膜片。利用有限元分析软件对传感器敏感芯体进行了结构建模仿真分析和优化设计。采用玻璃微熔技术将敏感电阻粘结固定在不锈钢敏感膜片上。利用成熟的微电子机械系统（MEMS）加工工艺,完成了可以在高温下工作的绝缘体上硅（SOI）敏感电阻的制作。采用激光焊接方法将敏感芯体焊接到传感器基座上,提高了结构的机械强度。信号调理采用了压力信号专用集成电路（ASIC）,具有高精度的放大和温度补偿功能。完成了整体封装和调试后,对压力传感器的主要性能指标进行了测试,结果表明压力传感器的工作温度为-55～150℃,压力量程0～42MPa,精度〈0．5％。     

SOI基底上制备的用于检测机器人手指接触力的微压阻式力传感器

为了使工业机器人可以稳定、高效地完成夹持任务,设计并制备了三种不同结构的微压阻式力传感器。利用热氧化、硼扩散掺杂、光刻、反应离子刻蚀、物理气相沉积和阳极键合等微电子机械系统(MEMS)加工工艺在绝缘体上硅(SOI)基底上制备出了尺寸均为2 mm×2 mm×0.5 mm的三种微压阻式力传感器。通过封装前后对三种传感器在z方向上的应力灵敏度测试,结果表明第二种传感器的灵敏度较佳,封装前可达0.18 mV/mN,封装后仍可达0.096 mV/mN,仅减少了0.084 mV/mN,仍具有良好的线性关系,输出特性的趋势与预计一致。同时,这三种不同结构的传感器各方向之间的串扰均小于5%,非线性小于满量程的3%。通过封装前后力传感器性能对比,为优化此类传感器设计提供了实验数据,为后续配置在机器人的指尖上实现高效、稳定的操作提供了参考。     

磁扭转微镜光学电流互感器设计

设计了一种复合结构磁扭转微镜光学电流互感器 (OCT),采用光强度归一化数据处理技术, 消除了强度型OCT受环境变化和光源波动等的影响,得到了线性度很好的传感器 响应曲线。通过 耦合效率与微镜扭转角度仿真曲线,获得准直器端面与微镜的距离的合适值。检测电路采用 双光纤准直器光检测技术,实现电流-光强度的传感检测。接收光信号处理后,对 50Hz交变 电流的测试实验结果表明,在5～50A电流范围内,当光源光强度下 降3dB和光纤衰减器 变化3dB的情况下,传感器输出信号响应灵敏度均保持为0.034/A, 并且基本不随被测电 流变化影响,输出响应非线性误差小于±1%,获得良好的输出线性响应曲线。     

微机电光学电流传感器的设计

提出了一种检测50Hz交流电的微机电光学电流传感器。通过电磁学、微机电与光学方法说明了传感器的敏感原理与光学转换原理,结合工艺条件给出了器件的设计要求,并利用matlab软件模拟分析了传感器的仿真测试结果。计算表明,器件可以测试1~7.2kA的交流电,大电流下的灵敏度可达到0.01dB/A以上。     

SOI高温压阻式压力传感器的设计与制备北大核心

设计并制备了一种基于绝缘体上硅（SOI）材料、量程为5Pa～1．8MPa的压阻式压力传感器。在设计方面,通过有限元分析软件和经典理论相结合分析敏感膜片的力学性能和电学性能,得到敏感膜片的尺寸和表面电势的分布;在工艺方面,设计了基于标准微电子机械系统（MEMS）工艺的制作流程;在芯片的封装方面,为保证敏感芯片与外界的电气互连,采用了引线键合工艺,同时装配温度补偿电路和信号调理电路降低了传感器的温漂,保证传感器的输出。制备后的压力传感器在温度压力复合平台进行标定和温度测试,结果显示传感器在设计量程范围内具有较好的精度并且可在-50-205℃内稳定工作。     

Si MEMS陀螺仪的正交耦合补偿技术

为了减小正交耦合误差对硅微电子机械系统(MEMS)陀螺仪性能的影响,提高陀螺仪零偏精度,对MEMS陀螺仪正交耦合补偿技术进行研究.建立MEMS陀螺仪动力学模型,分析正交耦合产生的原因,介绍了各类正交耦合补偿机理.设计了一款可实现静电刚度补偿的MEMS陀螺仪,并利用绝缘体上硅(SOI)工艺进行制备.利用现场可编程门阵列(...     

一种集成控制模块的微波SOI SPDT开关

采用0.18 mm CMOS SOI 工艺设计制作了一种集成控制模块的微波单刀双掷开关。开关控制模块包含了低压差线性稳压器和负电压电荷泵,低压差线性稳压器将外部供电高电压转换为开关电路低电压,负电压电荷泵产生一个负压,用以改善开关的性能。制作的SOI 开关具有良好的性能,芯片测试表明,开关导通状态下从DC 到9 GHz 范围内插损小于1.7 dB,关断状态下隔离度大于28.5 dB,回波损耗小于-15 dB,开关开启时间为1.06 ms。芯片的尺寸为0.87 mm′1.08 mm。     

H型栅SOIMOS作为静电保护器件的维持电压的研究(英文)

对绝缘体上硅工艺来说,静电保护可靠性是一个关键且具有挑战性的问题。着重于研究H型栅SOIMOS的维持电压,通过实验发现此器件的维持电压与栅宽紧密联系。结合TCAD仿真解释了器件的工作机理,通过建立集约模型并由HSPICE仿真,揭示了体电阻与维持电压之间的关系。     

SOI MOSFET自加热效应测试方法

为研究自加热效应对绝缘体上硅(SOI)MOSFET漏电流的影响,开发了一种可同时探测20 ns时瞬态漏源电流-漏源电压(Ids-Vds)特性和80μs时直流静态Ids-Vds特性的超快脉冲I-V测试方法。将被测器件栅漏短接、源体短接后串联接入超快脉冲测试系统,根据示波器在源端采集的电压脉冲的幅值计算漏电流受自加热影响的动态变化过程。选取体硅NMOSFET和SOI NMOSFET进行验证测试,并对被测器件的温度分布进行仿真,证实该方法用于自加热效应的测试是准确有效的,能为建立准确的器件模型提供数据支撑。采用该方法对2μm SOI工艺不同宽长比的NMOSFET进行测试,结果表明栅宽相同的器件,栅长越短,自加热现象越明显。     

SOI MOSFET器件的热载流子退化机理

介绍了绝缭体上硅（SOI）材料的制作方法．阐进了SOIMOSFET器件的热载流子注入效应的失效机理。研究表明：前沟和背面缺陷的耦合效应是SOI器件的特有现象．对SOI器件的退化构成潜在的威胁。虽然失效机理比体硅器件复杂,但并不会阻碍高性能、低电压ULSI SOI电路的发展。     

Fabrication and thermal evaluation of silicon on diamond wafers

Silicon on diamond (SOD) is proposed as a superior alternative to conventional silicon on insulator (SOI) technology for silicon-based electronics. In this paper, we present a novel SOD structure in which the active Si layer is in direct contact with a thick, highly oriented diamond (HOD) layer that is directly attached to a heat sink. In contrast to the earlier work,^1,2 the diamond film is relatively thick (∼70 μm), free standing, and close to single crystalline, thus possessing much greater thermal conductivity and no limitation of the Si backing wafer. Two different fabrication schemes are investigated: (1) direct growth, where the Si-device layer makes contact with the nucleation side of the diamond layer; and (2) wafer fusion, where the Si device layer makes a direct contact with the diamond growth surface. Thermal evaluation was performed using metallic microheaters. These studies clearly showed more than one order of magnitude better thermal management properties of diamond with respect to Si and SOI.     

一种基于SOI材料的新型可调谐光衰减器的设计

设计了一种新型的、基于SOI材料的可调谐光衰减器,其调制区采用了独特的双脊型PIN结构,增强了注入电流场与光场的重叠,提高电注入效率.用BPM方法分析了波导结构的传输损耗,用有限元法分析了二维PIN结的电注入特性.结果表明该结构的光衰减器有良好的性能.     

Plasma immersion ion implantation for SOI synthesis: SIMOX and ion-cut

We have demonstrated feasibility to form silicon-on-insulator (SOI) substrates using plasma immersion ion implantation (PIII) for both separation by implantation of oxygen and ion-cut. This high throughput technique can substantially lower the high cost of SOI substrates due to the simpler implanter design as well as ease of maintenance. For separation by plasma implantation of oxygen wafers, secondary ion mass spectrometry analysis and cross-sectional transmission electron micrographs show continuous buried oxide formation under a single-crystal silicon overlayer with sharp Si/SiO₂ interfaces after oxygen plasma implantation and high-temperature (1300°C) annealing. Ion-cut SOI wafer fabrication technique is implemented for the first time using PIII. The hydrogen plasma can be optimized so that only one ion species is dominant in concentration and there are minimal effects by other residual ions on the ion-cut process. The physical mechanism of hydrogen induced silicon surface layer cleavage has been investigated. An ideal gas law model of the microcavity internal pressure combined with a two-dimensional finite element fracture mechanics model is used to approximate the fracture driving force which is sufficient to overcome the silicon fracture resistance.     

SOI微加速度传感器结构设计与工艺实现

设计了一种基于SOI技术的压阻式抗冲击微加速度计,解决了电阻在高温时产生漏电流问题,有效扩展了其温度应用范围.设计方案合理应用光刻、ICP刻蚀等先进技术使其工艺得到实现.研究为下步耐高温压阻式传感器的制作提供了依据.