基于非晶碳膜压阻效应的MEMS压力传感器研究

• 作者: 同笑珊 张琪 汪爱英 赵玉龙 郭鹏 马鑫
• 来源期刊: 表面技术
• 学科: 工学
• 关键词: 非晶碳膜 压阻效应 压阻机理 MEMS 压力传感器 厚膜理论
• 年，卷（期）: 2020,（6）
• 所属期刊栏目: 专题——碳基强化功能薄膜材料与应用技术
• 页码范围: 60-67
• 页数: 8页
• 分类号: TP212.1
• 字数: 2032字
• 语种: 中文
• DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.06.007

摘要

目的 研究非晶碳膜的压阻性能和机理,并将其作为压敏电阻应用于MEMS压力传感器敏感电路中.方法 使用直流溅射工艺制备非晶碳膜压敏薄膜材料,对典型样品进行内部组分和电学、力学、温度等性能测试和研究,使用有限元方法进行器件设计仿真,借助MEMS加工工艺完成非晶碳膜压力传感器芯片的加工,最后进行器件级别的测试和分析.结果 在0～1 MPa范围内,压力传感器芯片的灵敏度为9.4μV/kPa,输出信号的非线性度为5.57％FS;对压敏电阻进行–70～150℃范围内的温度性能研究,其阻值与温度之间表现出较强的线性关系,且在–20～150℃段,线性度更强,表明非晶碳膜压敏材料在高温段应用时更容易补偿.机理研究方面,非晶碳膜在厚度方向上表现出组分差异化,因此该方向也应被纳入机理模型建立中.结论 非晶碳膜在加工工艺、力学性能以及电学性能上与传统的MEMS传感器芯片能够很好地结合,加工得到的非晶碳膜压阻式压力传感器灵敏度和线性度较为理想.此外,其压阻机理研究应纳入薄膜厚度方向.