复合结构压阻式MEMS压力传感器研究

发布时间：2020-08-28 22:19

　　 压阻式压力传感器作为最成功的微加工传感器之一,已经使用了几十年。它们从二十世纪六十年代引入,并随着新型微制造技术的发展,性能显着提高。对于高精度应用方面的传感器,首要关注的性能是传感器输出信号的高灵敏度和线性度。本论文着重于研究能够提高MEMS压阻式压力传感器性能的方法。开发下一代高性能压阻式压力传感器的前提,就是解决与传感器膜片相关的关键设计,即尺寸优化方面的挑战。根据构型设计的结果,讨论了隔膜结构的形式,并进行了尺寸优化。本研究为高性能硅压阻式压力传感器传感膜片的设计和开发提供了基础。基于结构优化,该传感器具有用于微压测量的组合横梁膜和半岛(CBMP)膜片结构,是新型压阻式压力传感器的设计方法和制造过程中的另一个主要发现。通过多种实验分析得出,相比其他传统隔膜类型,所提出的传感器在膜偏转和非线性误差显着降低的同时,灵敏度实现显着提高。对于压阻式压力传感器的温度不稳定性,研究了其输出性能的热效应。通过理论分析了环境温度,残余应力对电阻的影响,结果表明,压阻式压力传感器的输出特性不仅受环境温度的影响,还受制造和封装过程中的残余应力的显着影响。最后,探索了一种提高压阻式压力传感器灵敏度的新方法。目标是将膜片的类型改进为一种新类型,即引入矩形槽的四花瓣薄膜。结果表明,四花瓣膜和矩形槽可以显着提高传感器的灵敏度。因此,可以得出这样的结论:四花瓣膜和引入矩形槽是压阻式压力传感器研究最适合的设计之一。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP212

【参考文献】

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本文编号：2808245