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熱激勵氮化硅諧振梁E+E壓力傳感器研究
諧振器件通過檢測振動元件的諧振頻率或振幅的變化來測量應變、應力、加速度、壓力、質量變化以及流量等，廣泛應用于力學量傳感器中。機械諧振式傳感器精度高、信號以及頻率輸出適于計算機信息處理，而且其信號輸出取決于機械參數，抗電干擾能力強，穩定性好。

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隨著近年來微電子技術和微機械加工技術的迅猛發展和相互滲透，作為諧振式傳感器重要組成部分的振動元件的尺度已從早期的米、厘米級發展至現今的微米級。目前的諧振傳感器內大量采用的是基于硅微機械的諧振子，主要采用梁或膜結構，具有體積小、重量輕、精度高、響應快、長期穩定性好以及與大規模集成電路工藝兼容，易批量生產等優點，在航空航天、氣象、地質、油井、航海、工業檢測以及醫療儀器等方面都具有很好的應用前景。提出采用材料來構造特殊環境下使用的MEMS壓阻式E+EE+E壓力傳感器。分析了上特種E+EE+E壓力傳感器發展的主流趨勢和技術途徑,根據該領域應用需求、材料特點和成本的多方權衡,開發了壓阻式E+EE+E壓力傳感器。通過理論模型結合ANSYS軟件進行敏感結構的仿真和設計,解決了E+EE+E壓力傳感器加工工藝中材料刻蝕、耐金屬化、敏感電阻制備等關鍵技術難點,zui終加工形成E+EE+E壓力傳感器芯片。經過帶電測試,加工的E+EE+E壓力傳感器能夠在550℃的環境溫度下、700 kPa壓力范圍內輸出壓力敏感信號,傳感器非線性指標達到1.054%,芯片靈敏度為0.005 03 mV/kPa/V,證明了整套技術的有效性。介紹了作者設計、制作的一種諧振梁式E+E壓力傳感器。從彈性力學角度對傳感器的特性進行了理論分析；并用有限元方法，建立計算機模型，分析了不同材料、結構對梁的振動和敏感特性的影響。依據分析結果，選擇氮化硅作為梁材料，采用梁膜一體結構，激勵和檢測方式為電熱激振、電阻拾振。芯片利用微機械加工技術進行制作，采用了多孔硅犧牲層技術實現梁膜一體結構。采用了隔離墊片和應力隔離支柱來減小封裝應力，完成了傳感器的真空封裝。

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通過開環和閉環兩種方法對傳感器的性能進行了測試。傳感器的測試結果與理論設計吻合較好。在10~(-2)pa真空中，傳感器的品質因數Q值約為19502；在10~(-2)Pa真空中，0～300KPa范圍內，傳感器諧振頻率與所受壓力呈很好的線性關系，線性相關系數為0.9997，靈敏度達到54.89Hz／KPa。說明該傳感器適合于0～300KPa范圍內的壓力測量。