CN107727885A - 高输出稳定性的压阻式三轴加速度计 - Google Patents

高输出稳定性的压阻式三轴加速度计 Download PDF

Info

Publication number
CN107727885A
CN107727885A CN201711113324.6A CN201711113324A CN107727885A CN 107727885 A CN107727885 A CN 107727885A CN 201711113324 A CN201711113324 A CN 201711113324A CN 107727885 A CN107727885 A CN 107727885A
Authority
CN
China
Prior art keywords
shaped frame
resistance
piezo
soi substrate
axis accelerometer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711113324.6A
Other languages
English (en)
Inventor
张文栋
宋金龙
何常德
薛晨阳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North University of China
Original Assignee
North University of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North University of China filed Critical North University of China
Priority to CN201711113324.6A priority Critical patent/CN107727885A/zh
Publication of CN107727885A publication Critical patent/CN107727885A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/12—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by alteration of electrical resistance
    • G01P15/124—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by alteration of electrical resistance by semiconductor devices comprising at least one PN junction, e.g. transistors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/18—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions

Abstract

本发明公开了一种具有高输出稳定性的压阻式三轴加速度计，包括SOI基片、上玻璃盖板和下玻璃盖板，中心质量块通过八个矩形梁支撑在回形边框上。在梁上的每个压敏电阻四周都通过离子注入磷元素进行重掺杂，通过一个焊盘接入一个不低于惠斯通电桥供电电压的电势，避免了压敏电阻条的漏电现象，实现了压阻式加速度计的输出的稳定性。

Description

高输出稳定性的压阻式三轴加速度计
技术领域
本发明涉及MEMS传感器中的压阻式加速度计领域，具体为一种高输出稳定性压阻式加速度计的结构设计及工艺实现方法。
背景技术
压阻效应是指当半导体受到应力作用时，由于应力引起能带的变化，能谷的能量移动，使其电阻率发生变化的现象。由于P型压敏电阻的压阻系数大于N型压敏电阻的压阻系数，所以基于压阻效应的MEMS传感器一般是在N型衬底上通过离子注入硼元素得到P型压敏电阻，以实现相同条件下传感器的较高灵敏度。当P型压敏电阻接入供电电压时，P型压敏电阻条与周围的N型硅衬底形成PN结正偏，会造成一定程度的露电，导致压敏电阻的输出不稳定。
本发明正是基于以上问题提出了一种高输出稳定性的压阻式八梁三轴加速度计结构及工艺实现方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种高输出稳定性的压阻式八梁三轴加速度计的结构与工艺实现方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种高输出稳定性的压阻式三轴加速度计，包括SOI基片，所述SOI基片由中部敏感质量块、八个矩形梁和回形边框组成，所述敏感质量块每边通过两个平行的矩形梁与回形边框连接；每个矩形梁上在靠近中心质量块和回形边框的一端各有一个压敏电阻，每个压敏电阻通过金属引线与位于回形边框上的焊盘电气连接。
所述SOI基片的器件层与一图形化的玻璃片键合，SOI基片的衬底层与一玻璃片键合。
每个压敏电阻的四周区域离子注入磷元素形成相互连接的N+重掺杂区域后通过金属引线与位于回形边框上的焊盘电气连接；加速度计工作时N+重掺杂区域接入不低于惠斯通电桥供电电压的电势。
本发明设计的高输出稳定性的压阻式八梁三轴加速度计，在制作过程中先在压敏电阻条四周进行离子注入形成N+重掺杂区域，加速度计工作时N+重掺杂区域接入不低于惠斯通电桥供电电压的电势，使P型压敏电阻条与N型硅衬底形成PN结反偏，防止露电，达到压敏电阻高稳定性输出的目的。为了验证本发明专利的可行性，对衬底加反偏电压和不加反偏电压进行了实验。实验时用恒流源给惠斯通电桥供电，电流大小为0.5mA。衬底有反偏电压时，反偏电压为5V，实验结果如图4可知，当衬底反偏时可以大大提高输出的稳定性。
本发明设计合理，具有结构简单、工艺可行性高以及成本低的特点，具有较好的市场应用价值。
附图说明
图1表示加速度计侧视图。
图2表示SOI基片正视图。
图3表示N+重掺杂区域及部分放大示意图。
图4表示对衬底加反偏电压和不加反偏电压进行实验结果示意图。
图中：1-SOI基片，2-玻璃片，3-焊盘，4-质量块，5-矩形梁，6-回形边框，7-压敏电阻条，8-P+重掺杂区域，9-N+重掺杂区域，10-金属引线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
一种高输出稳定性的压阻式三轴加速度计，如图1所示，包括SOI基片，SOI基片1的器件层与一图形化的玻璃片2键合，SOI基片1的衬底层与一玻璃片2键合，达到了调节加速度计阻尼比和抗过载的目的。
如图2所示，SOI基片包括中心质量块4、八个矩形梁5和回形边框6，其中，中心质量块4四边的器件层通过两个矩形梁5与回形边框6一体连接，即质量块4右边通过右上梁和右下梁与回形边框连接、其上边通过上左梁和上右梁与回形边框连接、其左边通过左上梁和左下梁与回形边框连接、其下边通过下左梁和下右梁与回形边框连接，中心质量块4通过八个矩形梁5悬挂在回形边框6上。每个矩形梁5上在靠近中心质量块4和回形边框6的一端各有一个压敏电阻7，每个压敏电阻7通过金属引线10与位于回形边框6上的焊盘3电气连接。
如图3所示，本发明通过在压敏电阻7四周区域离子注入磷元素形成相互连接N+重掺杂区域9，即在每个压敏电阻7四周形成N+重掺杂区域后相互连接起来。加速度计工作时N+重掺杂区域9接入不低于惠斯通电桥供电电压的电势，使压敏电阻7形成PN结反偏，阻止电流的泄露，从而实现了压阻式加速度计的高输出稳定性。
具体工艺实现包括以下步骤：
1）、备片：选择4寸SOI片（作为基片）和4英寸玻璃片（作为盖板），SOI片器件层的厚度15μm，晶向<100>，电阻率为3-5 Ohm.cm，埋氧层的厚度为500nm，衬底层的厚度为380μm，玻璃片的厚度为300μm。
2）、对SOI片进行热氧，厚度为500nm；
3）、SOI片器件层进行光刻，并用干法刻蚀有源区域；
4）、SOI片进行热氧，器件层有源区域的氧化层厚度为20nm；
5）、SOI片器件层进行光刻，然后离子注入磷元素，形成N+重掺杂区域；
6）、SOI片器件层进行光刻，然后离子注入硼元素，形成P-压敏电阻条；
7）、SOI片器件层离子注入硼元素，形成P+欧姆接触区域；
8）、在SOI片器件层沉积200nm氧化硅，隔离金属引线和SOI片器件层；
9）、SOI片器件层进行光刻，干法刻蚀出欧姆接触孔；
10）、在SOI片器件层沉积1μm金属铝并用湿法进行图形化，形成引线及焊盘；
11）、SOI片器件层进行光刻，用干法刻蚀器件层释放梁；
12）、SOI片衬底层进行光刻，用干法刻蚀衬底层释放质量块；
13）、回形边框以氧化硅掩膜，用干法刻蚀一定厚度的质量块；
14）、位于底部的玻璃与SOI片衬底层进行阳极键合；
15）、用激光对玻璃片有源区域打盲孔；
16）、将图形化的玻璃片（上盖）与SOI片器件层进行阳极键合；
17）、划片。
具体实施时，敏感质量块4的结构尺寸为3200μm×3200μm×380μm；回形边框6的宽度为1000μm、厚度为395μm；矩形梁5的结构尺寸为700μm×200μm×15μm；每个矩形梁5上的两端各分布一个长度为96μm、宽度为8μm的压敏电阻7。
应当指出，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和应用，这些改进和应用也视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种高输出稳定性的压阻式三轴加速度计，包括SOI基片（1），所述SOI基片（1）由中部敏感质量块（4）、八个矩形梁（5）和回形边框（6）组成，所述敏感质量块（4）每边通过两个平行的矩形梁（5）与回形边框（6）连接；每个矩形梁（5）上在靠近中心质量块（4）和回形边框（6）的一端各有一个压敏电阻（7），每个压敏电阻（7）通过金属引线（10）与位于回形边框（6）上的焊盘（3）电气连接；
所述SOI基片（1）的器件层与玻璃片（2）键合，SOI基片（1）的衬底层与玻璃片（2）键合；
其特征在于：每个压敏电阻（7）的四周区域离子注入磷元素形成相互连接的N+重掺杂区域（9）后通过金属引线（10）与位于回形边框（6）上的焊盘（3）电气连接；加速度计工作时N+重掺杂区域（9）接入不低于惠斯通电桥供电电压的电势。
2.根据权利要求1所述的高输出稳定性的压阻式三轴加速度计，其特征在于：敏感质量块（4）的结构尺寸为3200μm×3200μm×380μm；回形边框（6）的宽度为1000μm、厚度为395μm；矩形梁（5）的结构尺寸为700μm×200μm×15μm；每个矩形梁（5）上的两端各分布一个长度为96μm、宽度为8μm的压敏电阻（7）。
CN201711113324.6A 2017-11-13 2017-11-13 高输出稳定性的压阻式三轴加速度计 Pending CN107727885A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711113324.6A CN107727885A (zh) 2017-11-13 2017-11-13 高输出稳定性的压阻式三轴加速度计

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711113324.6A CN107727885A (zh) 2017-11-13 2017-11-13 高输出稳定性的压阻式三轴加速度计

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107727885A true CN107727885A (zh) 2018-02-23

Family

ID=61215067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711113324.6A Pending CN107727885A (zh) 2017-11-13 2017-11-13 高输出稳定性的压阻式三轴加速度计

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107727885A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116143062A (zh) * 2023-04-21 2023-05-23 中北大学 一种“h”型单晶薄膜压电振动传感器及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1740796A (zh) * 2005-07-26 2006-03-01 北京青岛元芯微系统科技有限责任公司 压阻式大过载加速度计及其制备方法
CN101042411A (zh) * 2007-04-19 2007-09-26 中北大学 三轴压阻微加速度计
CN101430340A (zh) * 2008-12-06 2009-05-13 中北大学 能降低温漂的硅微压阻式加速度计
CN103364585A (zh) * 2013-07-19 2013-10-23 中北大学 一种新型介观压阻效应微加速度计
CN107271720A (zh) * 2017-05-18 2017-10-20 中北大学 低轴间耦合度的八梁三轴加速度传感器
CN107290567A (zh) * 2017-05-18 2017-10-24 中北大学 具有抗过载能力的压阻式三轴加速度传感器及制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1740796A (zh) * 2005-07-26 2006-03-01 北京青岛元芯微系统科技有限责任公司 压阻式大过载加速度计及其制备方法
CN101042411A (zh) * 2007-04-19 2007-09-26 中北大学 三轴压阻微加速度计
CN101430340A (zh) * 2008-12-06 2009-05-13 中北大学 能降低温漂的硅微压阻式加速度计
CN103364585A (zh) * 2013-07-19 2013-10-23 中北大学 一种新型介观压阻效应微加速度计
CN107271720A (zh) * 2017-05-18 2017-10-20 中北大学 低轴间耦合度的八梁三轴加速度传感器
CN107290567A (zh) * 2017-05-18 2017-10-24 中北大学 具有抗过载能力的压阻式三轴加速度传感器及制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
隋鸿鹏等: "《不同衬底条件对MEMS压阻传感器性能的影响》", 《纳米技术与精密工程》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116143062A (zh) * 2023-04-21 2023-05-23 中北大学 一种“h”型单晶薄膜压电振动传感器及其制备方法
CN116143062B (zh) * 2023-04-21 2023-06-23 中北大学 一种“h”型单晶薄膜压电振动传感器及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100374838C (zh) 单片硅基soi高温低漂移压力传感器
CN101692099B (zh) 具有片上零偏补偿的压阻式双轴微加速度计及制作方法
CN104062045B (zh) 一种压阻式压力传感器及其制造方法
CN101349602B (zh) 高掺杂点电极soi压阻式压力传感器及制造方法
CN104748904B (zh) 一种分段质量块应力集中结构微压传感器芯片及制备方法
CN104425485B (zh) 一种硅压阻式压力传感器芯片
CN104062059B (zh) 一种mems压阻式压力传感器及其制造方法
CN104062463B (zh) 一种压阻式加速度传感器及其制造方法
CN103063339A (zh) 带有屏蔽层的硅压阻式压力传感器芯片
CN110371921A (zh) 一种面内双轴压阻加速度传感器芯片及其制备方法
CN112880883A (zh) 压力传感器及其制造方法
CN107727885A (zh) 高输出稳定性的压阻式三轴加速度计
CN204788239U (zh) 一种dsoi应变计
WO2000047969A1 (en) Semiconductor pressure sensor
CN104089642B (zh) 一种压阻式加速度、压力集成传感器及其制造方法
JPH0239574A (ja) 半導体圧力センサ
CN105004457B (zh) 可改善工作性能的单晶硅压力传感器芯片
CN101068032B (zh) 半导体变形测量仪及其制造方法
CN202267554U (zh) 带有屏蔽层的硅压阻式压力传感器芯片
CN103995149B (zh) 孔缝八梁式加速度传感器芯片
CN113567869B (zh) 一种电池电压监测微型传感器及电压监测方法
CN206970199U (zh) 一种mems芯片
CN211954508U (zh) 一种贴片式mems输电导线监测传感器
US20120255358A1 (en) Acceleration sensor
CN203617298U (zh) 一种硅压阻式压力传感器芯片

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180223