SiC基无线高温压力传感器设计与制备工艺

【摘要】鉴于传统硅基MEMS压力传感器在高温、潮湿等复杂环境中的应用具有一定的局限性，本文设计了一种SiC基无线高温压力传感器，能够克服高温环境中传统压力传感器压敏结构失稳及电引线性能退化的问题。SiC材料作为一种新兴的第三代宽带隙半导体材料，其半导体器件能够适应高温、高频、大功率等工作环境，随着SiC材料MEMS加工工艺的不断成熟，对其进行高温压力传感器的制备研究具有重要的现实意义。本文结合国内外研究现状，详细阐述了SiC基高温压力传感器的工作原理、结构设计与制备流程以及相关结构验证等基本内容。根据互感耦合电磁感应原理，外界压力可以改变可变电容所在传感器回路的谐振频率，继而引起测试回路等效阻抗的显著变化，通过观察这一特征变化量来获取外界压力的有效信息。这种无线耦合的测量方式避免了器件间电引线互联，可以应用于高温等恶劣环境。本文分别对高温压力传感器电容和电感结构建模，并给出具体的结构参数设计方法，同时为验证电容结构设计的合理性，对敏感膜结构进行挠度和应力的理论推导和ANSYS仿真分析，作出敏感膜挠度和应力在量程范围内随外界压强变化的关系曲线。结合传感器结构设计和现有的MEMS加工工艺，制定了传感器工艺流程方案，并对其中涉及的关键工艺进行了详细分析和工艺验证。本文最后对传感器电容结构进行了结构验证与分析，采用硅材料替代碳化硅材料制备电容压敏结构，检验电容空腔的密封性能，并对密封存在问题的芯片进行测试分析。将压敏电容与PCB电感线圈引线键合，串联形成LC谐振回路即无线电容压力传感器，对其完成常温下的均匀压力测试。测试结果表明，采用MEMS工艺制备的无线无源电容压力传感器在实践上具有一定的可行性。
【作者】李颖；
【导师】梁庭；
【作者基本信息】中北大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】SiC；电容式压力传感器；MEMS；无线无源；谐振频率；压力敏感膜；

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