[發明專利]一種復合膜片壓力傳感器結構

無效

• 申請號: 200810224110.0
• 申請日: 2008-10-15
• 公開（公告）號: CN101726384A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 王曉東;樊中朝;季安;邢波;楊富華
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G01L7/08
• 分類號: G01L7/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明用于壓力傳感器制造技術領域，具體涉及到一種復合膜片壓力傳感器結構。

背景技術

當硅壓力傳感器敏感膜片減薄后，大撓度效應逐漸凸顯，膜片的非線性形變的影響不可忽略，其結果將造成傳感器的線性特性變差，膜片越薄，這個現象越為突出，目前，大多采用島膜結構，以及梁膜島等結構解決相關問題，其原理是將應力集中在一個比較小的范圍內，以實現高質量的低壓力測量。這些結構帶來的問題是工藝難度較大，器件的成本隨之提高。本發明的主要目標是在不影響低量程傳感器靈敏度的前提下，采用多孔硅和單晶硅復合膜片，減小膜片的非線性形變，從而減小膜片撓度，最終達到提高低量程傳感器靈敏度或降低非線性的目的。

多孔硅是一種新型的納米半導體光電材料，室溫下具有優異的光致發光、電致發光等特性，易與現有硅技術兼容，極有可能實現硅基光電器件等多個領域的應用。多孔硅在絕緣材料、敏感元件及傳感器、照明材料及太陽能電池、光電器件以及作為合成其它材料的模板等多個領域內具有廣泛的應用前景。

近年來，有些研究人員開始對多孔硅的機械特性和壓阻特性進行了一定研究，并將其利用到壓力傳感器中。目前的研究主要集中在如下三個方面。

首先，利用多孔硅在高溫下易倒塌的特性，通過高溫退火形成硅空腔結構的壓力傳感器。這主要是Bosch公司的研究(Proceedings?of?SPIE?Vol.4981，P.65，(2003))。這項技術主要是通過在多孔硅上外延一層單晶硅，然后在1100oC左右退火使得多晶硅層倒塌，從而形成了一個封閉腔。利用這種技術獲得的壓力范圍在200mbar到1000mbar的絕壓傳感器，并且具有良好的線性度。

其次，是對多孔硅壓阻特性的研究(IEEE?Sensors?Journal，Vol.6，No.2，P.301，(2006))。采用三明治結構，將多孔硅層作為電阻層而研究其壓阻特性。Chirasree等人在2006年研究發現，對于63％的空隙率和20μm厚的多孔硅，其壓敏特性3倍于傳統硅膜；對于63％空隙率的多孔硅，其壓阻系數要比單晶硅高50％；并且多孔硅的反應時間要比單晶硅短；多孔硅壓力傳感器的功耗也要比傳統的壓力傳感器低得多。

第三，將多孔硅和硅結合起來，形成硅+多孔硅復合膜片結構，從而可以將其運用到壓力傳感器制備中(J.Micromech.Microeng.Vol.17，P.1605-1610，(2007))。L?Sujatha等人在2007年的研究表明，利用多孔硅低的楊氏模量以及硅的支撐作用，通過控制多孔硅、硅層的厚度以及空隙率等參數，可以大大提高所制備器件的敏感度。但是，其研究并沒有涉及具體的傳感器結構等方面的信息。

從上面的研究可以看出，近幾年多孔硅壓力傳感器的研究已經逐漸引起的人們的注意，并有進一步擴大的趨勢。我們認為，在多孔硅的壓阻特性、器件制備等方面需要作進一步的深入研究，如多孔硅壓阻特性的物理機制等目前并不明朗，在器件制備方面也不成熟，僅停留在實驗階段等。特別是對硅多孔硅復合膜片結構的研究，具有很好的研究與開發前景，在解決低量程壓力傳感器靈敏度低或非線性特性不佳的問題方面應會有所作為。

發明內容

本發明的目的是在于提供一種復合膜片壓力傳感器結構，在不影響低量程傳感器靈敏度的前提下，采用多孔硅和單晶硅復合膜片，減小膜片的非線性形變，從而減小膜片撓度，最終達到提高低量程傳感器靈敏度或降低非線性的目的。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

本發明提供一種復合膜片壓力傳感器結構，包括：

一單晶硅層，該單晶硅層的一面為凹型；

一多孔硅層，該多孔硅層生長在單晶硅層凹型的內表面。

其中該凹型單晶硅層的底面為平板型結構。

其中該凹型單晶硅層的底面為島狀結構。

其中島狀結構為單島、雙島或多島結構。

其中島狀結構為方形島、矩形島或圓形島結構。

本發明具有以下有益效果：

本發明所述的一種復合膜片壓力傳感器結構，這種膜片結構可以在不影響低量程傳感器靈敏度的前提下，減小膜片的非線性形變，從而減小膜片撓度，最終達到提高低量程傳感器靈敏度或降低非線性的目的。這項技術也可以擴展到更低量程的壓力傳感器，從而擴大平板型膜片傳感器的量程范圍，降低低壓傳感器的工藝復雜性，降低成本。