CMOS-MEMS微机械加工技术制造的场效应管压力传感器
文章来源:更新时间:2015/9/7
内容简介(成果内容简介、技术或产品指标约300-600字)
本项目提出利用MOSFET结构中的栅极对漏极电流的控制工作原理,基于标准CMOS工艺进行简单的post-CMOS加工(即CMOS MEMS技术)得到硅微加工压力传感器。器件悬空的振膜被悬臂梁支撑,埋在振膜的金属作为控制栅,浮栅器件由埋在介质层的MOS晶体管,以及由二氧化硅、空气层、二氧化硅组成的复合介质层形成栅介质,浮栅由由固有的多晶硅栅充当。控制栅和浮栅埋在二氧化硅可以提高击穿电压和工作稳定性,同时避免电压过载产生塌陷;牺牲层金属腐蚀后形成空气间隙层。在等离子体干法刻蚀氧化硅过程中,牺牲层金属还未腐蚀释放起到保护层作用,MOS晶体管的核心结构埋在氧化硅中,等离子体对晶体管不会产生损害,使晶体管保持原有的完整性。MOS场效应管压力传感器很好的克服了传统电容式压力传感器的电容微弱难以测量的缺点。此外,本场效应管压力传感器完全基于标准CMOS工艺,无需考虑IC工艺的兼容性问题;传感器与信号处理电路集成在同一硅芯片上,通过简单的电压-电流转换原理,利用漏极电流的变化测出压力的变化,实现了低功耗低成本的传感器制作。
CMOS MEMS技术路线具有以下一系列优点:
1)CMOS工艺早已标准化,易于与外围电路集成,将大大提高芯片良率和整机信噪比;
2)批量生产的成本相对较低,有利于压力传感器的研究和产业化,市场前景很好;
3)CMOS MEMS是MEMS发展的大方向,提早介入有利于占领技术和市场制高点。压力传感器器件线性度非常好,量程内的非线性误差达到0.01%,量程为500K Pa。
成果市场前景(限200字)
据IHS iSuppli公司的MEMS与传感器研究报告,由于价格相对较高,以及在汽车、医疗与工业等领域的应用范围不断扩大,压力传感器到2014年将成为销售额最高的MEMS器件。由于补偿水平、裸片校准与封装类型的不同,MEMS压力传感器的平均价格目前相差很大,面向高价值工业与医疗应用的从几美元到几十美元不等,而面向飞机液压系统或飞行数据测量等最专业的应用则高达几百美元,包括在恶劣的介质、温度和压力条件下的工业应用组合