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MOSFETs力/磁传感器集成化研究

任华  
【摘要】: 多功能集成传感器以其体积小、重量轻及集成一体化等诸多优点具有广阔应用领域。本文采用MEMS工艺技术在n型单晶硅片上腐蚀硅杯,再利用CMOS工艺技术在硅膜上的最大应力区范围内制作四个沟道互相平行的MOSFET,其中两个P-MOSFET置于硅敏感膜的径向位置,而另外两个P-MOSFET置于硅敏感膜的横向位置,将这四个P-MOSFET集成在一个管芯上组成惠斯通电桥,当硅敏感膜受压力时,硅膜发生微小变形,两个径向的P-MOSFET沟道等效电阻阻值增大,两个横向P-MOSFET沟道等效电阻阻值减小,惠斯通电桥产生力敏输出。在距离源极0.7个沟道长度的位置引出霍尔输出电极,对单一MOSFET霍尔器件来说,在垂直磁场作用下,沟道空穴在洛仑兹力作用下发生偏转,霍尔输出极产生霍尔输出电压VH,霍尔输出电压随磁感应强度改变而发生改变,实现对磁场的测量。 本文介绍了MOSFETs力/磁传感器基本工作原理,并阐述了MOSFETs力/磁传感器的结构设计和制作工艺。在对MOSFETs力/磁传感器的I-V特性、温度特性进行了测试的基础上计算分析线性度、迟滞、重复性、灵敏度和精度等静态特性。实验结果表明,MOSFETs力/磁传感器的力敏灵敏度为11.5mV/100KPa,力敏线性度为1.36%F·S,力敏重复性为1.31%F·S,力敏迟滞为0.68%F·S,力敏精度为3.5%F·S;磁敏灵敏度为5.06mV/T,磁敏线性度为0.02%F·S,磁敏迟滞为1.01%F·S,磁敏重复性为1.48%F·S,磁敏精度为1.8%F·S,均符合设计要求。 国内外对于压/磁多功能传感器的集成一体化研究尚未见文献报道。本文针对压力传感器与磁传感器集成一体化进行实验研究,研究结果表明本文设计的MOSFETs力/磁传感器技术方案是可行的且有广泛的应用领域。


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