具有双应变梁的硅微机械倾角传感器结构设计

提出了一种能抗侧向耦合干扰的微机械硅倾角传感器的敏感结构设计 ,它由两个不同大小的质量块和连接它们的两个相互平行的硅应变梁组成。文中通过推导给出了硅应变梁上所受的应变与倾角及位置的解析关系 ,并计算了在两个不同质量块作用下硅梁上的应力分布 ,最后提出了制作该结构的工艺设计     

具有双应变梁的硅微机械倾角传感器结构设计

提出了一种能抗侧向耦合干扰的微机械硅倾角传感器的敏感结构设计，它由两个不同大小的质量块和连接它们的两个相互平行的硅应变梁组成。文中通过推导给出了硅应变梁上所受的应变与倾角及位置的解析关系，并计算了在两个不同质量块作用下硅梁上的应力分布，最后提出了制作该结构的工艺设计。     

硅微机械二维倾角传感器结构设计

提出了一种结构简单,制造工艺容易实现的硅微机械二维倾角传感器结构设计,它由蝶形质量块和连接它们的四个成十字形的硅应变梁以及具有过载限位保护功能的硼硅玻璃衬底构成.传感器能同时检测出绕两轴的倾角变化.分析了硅应变梁的受力情况,得到了与倾角的解析关系,并用有限元方法验证了结果,理论灵敏度为0.75 mV/ °.     

基于光纤光栅应变花的平面应变状态实验分析

提出并实现了直角与三角形两种光纤光栅(FBG)应变花方案,分别由在1根光纤上实现准分布的3个FBG制成。将之粘贴存等强度梁上,判断主应变方向及大小,研究其平面应变测量性能。试验结果显示,测量主应变方向同实际方向符合,两种应变花测量结果一致。     

固定载荷下光纤光栅应变传感阵列检测裂缝悬臂梁损伤的研究

介绍了光纤光栅分布式传感原理,推导了悬臂梁受载荷时的应变计算公式,以金属悬臂梁为研究对象,以光纤光栅应变传感阵列为传感工具,实验研究了固定载荷下裂缝悬臂梁的光纤光栅检测的新方法.金属悬臂梁上光纤光栅应变传感阵列粘贴的位置和预制裂纹的位置由有限元模拟确定,固定载荷的加载是在金属悬臂梁的自由端悬挂标准砝码.记录金属悬臂梁在无损伤、一条裂缝、两条裂缝和三条裂缝的光纤光栅应变传感阵列检测到的实验数据,以无损伤的实验数据为初始数据,分别与有损伤的实验数据进行比较,得到悬臂梁在各个损伤情况下的应变变化量,根据应变变化量的不同,确定出悬臂梁上损伤的位置.     

FBG悬臂梁应力传感器的ANSYS仿真及实验

利用ANSYS软件建立等强度悬臂梁的受力分析模型,仿真不同外力下等强度梁产生的挠度.实验中,用改性丙烯酸酯AB胶将光纤布喇格光栅FBG传感器固定在等强度悬臂梁上,测量等强度梁产生的应变.结果表明,强度梁的应变和挠度与施加的外力线性相关,FBG实验结果和ANSYS模拟结果基本吻合,两者得到的应变值最大误差为7.4％.     

应变硅技术在纳米CMOS中的应用

应变硅技术具有迁移率高、能带结构可调的优点,且与传统的体硅工艺相兼容,在CMOS工艺中得到广泛地应用,尤其是MOS器件的尺寸进入纳米节点。文章综述了应变硅技术对载流子迁移率影响的机理,并从全局应变和局部应变两个方面介绍了应变硅在CMOS器件中的应用。同时,将多种应变硅技术整合在一起提升MOS器件的性能是未来发展的趋势。     

MEMS压阻式加速度传感器的优化设计

提出了一种新型的MEMS压阻式加速度传感器,该传感器采用“四悬臂梁-质量块”结构,16个压敏电阻完全对称布放于悬臂梁上应力变化的线性区,既提高了传感器的灵敏度,又降低了轴间耦合度和非线性度.通过与八悬臂梁结构的仿真对比,得出该传感器具有更高的抗横向耦合性,约为八悬臂梁结构的30倍.     

高阶谐振模态的超高质量分辨硅微悬臂梁压阻传感器

开发了一种在空气中具有几十飞克质量分辨率的谐振式微机械悬臂梁生化质量检测传感器.在悬臂梁上面实现了使用惠斯通压阻电桥检测和洛伦兹力线圈驱动集成结构.与通常的一阶模态谐振传感器不同,为了显著提高传感器特异性反应吸附质量以实现分子水平的检测分辨率,提出了一种二阶弯曲谐振模态优化驱动的方法.在悬臂梁上集成了一种回形针状的驱动电流回路,实现了与第二模态悬臂梁运动两个相反运动峰值相吻合的两处同时反方向驱动.研究中采用硅微机械技术实现了集成谐振悬臂梁的制作,并研制出了高性能的谐振传感器闭环接口电路.在空气中进行谐振实验,与传统一阶模态传感器相比,采用该优化驱动的二阶模态,谐振品质因数从195提高到857,谐振频率从49.156提高到298.132kHz,采用Allen方差的方法对谐振频率噪声进行分析,表明该优化驱动的二阶模态传感器将传统的一阶模态传感器质量分辨率从0.17改善到0.029pg,达到了4个痘病毒的质量分辨水平.     

延伸摩尔定律的应变硅技术

应变硅已成为延伸摩尔定律(Moore's Law)的重要技术手段之一.综述了应变硅技术的发展及趋势.首先,从物理理论上分析了应变对硅沟道迁移率的影响;然后介绍了现有的各种应变硅技术;最后,分析了应变硅技术的发展趋势.     

高阶谐振模态的超高质量分辨硅微悬臂梁压阻传感器

开发了一种在空气中具有几十飞克质量分辨率的谐振式微机械悬臂梁生化质量检测传感器.在悬臂梁上面实现了使用惠斯通压阻电桥检测和洛伦兹力线圈驱动集成结构.与通常的一阶模态谐振传感器不同,为了显著提高传感器特异性反应吸附质量以实现分子水平的检测分辨率,提出了一种二阶弯曲谐振模态优化驱动的方法.在悬臂梁上集成了一种回形针状的驱动电流回路,实现了与第二模态悬臂梁运动两个相反运动峰值相吻合的两处同时反方向驱动.研究中采用硅微机械技术实现了集成谐振悬臂梁的制作,并研制出了高性能的谐振传感器闭环接口电路.在空气中进行谐振实验,与传统一阶模态传感器相比,采用该优化驱动的二阶模态,谐振品质因数从195提高到857,谐振频率从49.156提高到298.132kHz,采用Allen方差的方法对谐振频率噪声进行分析,表明该优化驱动的二阶模态传感器将传统的一阶模态传感器质量分辨率从0.17改善到0.029pg,达到了4个痘病毒的质量分辨水平.     

一种具有应力隔离结构的扭摆式电容加速度计

基于硅-玻璃键合工艺的扭摆式加速度计,其信号输出对扭转梁上的应力极敏感,而微加工过程中由于硅、玻璃两种材料热膨胀系数不匹配,会在扭转梁上引入较大的热应力,进而引起加速度计温度漂移。为此,提出一种具有应力隔离结构的扭摆式电容加速度计。通过缓冲折叠梁和内支撑框架的优化组合,使热应力难以传递到扭转梁上,从而有效降低加速度计的温度漂移。使用ANSYS软件对加速度计进行了模态和热应力分析,结果表明:工作模态的固有频率为1 352 Hz,远小于其他干扰模态的频率;加速度计的灵敏度为0.386pF/g(g=9.8m/s2);相同条件下,不带隔离结构的扭摆加速度计的热应力主要集中在扭转梁的末端,其最大应力约100 MPa;具有应力隔离结构的加速度计,其热应力主要集中在缓冲折叠梁上,而扭转梁上的应力约为1.7 MPa,仅为前者的1.7%。采用硅-玻璃键合和电感耦合等离子体(ICP)刻蚀工艺,完成了加速度计芯片的制作。     

纳米CMOS电路的应变Si衬底制备技术

应变硅衬底材料——弛豫SiGe层作为应变硅技术应用的基础,其质量的好坏对应变硅器件性能有致命的影响。综述了近年来用于纳米CMOS电路的各类弛豫SiGe层的制备技术,并对弛豫SiGe层中应变测量技术进行了简单的介绍,以期推动应变硅技术在我国芯片业的应用。     

纳米MOSFET的多栅结构和应变硅纳米线结构

介绍了在进入22 nm技术节点后MOSFET器件的两个发展方向,即多栅结构和应变硅纳米线结构.首先通过分析特征长度与有效栅极数量的关系,表明多栅结构器件可以有效增强栅极对沟道的控制,抑制短沟道效应,接近理想的亚阈值斜率;然后分析了应变对能带结构的影响,从理论上论述了应变沟道可以显著提高载流子迁移率;最后介绍了悬浮硅纳米...     

基于几何相位分析的Nb/Si{111}界面应变研究

本文使用高分辨透射电镜(HRTEM)成像和几何相位分析,研究不同溅射气压制备的铌薄膜/硅基体的界面微观结构和应变状态.研究结果表明:铌薄膜表面由花瓣状层片组织构成,层片组织随机分布,没有明显的特征取向;随着溅射气压的增大,层片尺寸随之增大,致密度减小,出现了大量孔隙,铌薄膜和硅基体之间产生铌、硅元素的混合层;随着溅射气压的增大,硅基体中应变的大小和方向均不相同,溅射气压对硅基体的应变状态具有很大影响;硅基体的应变主要来自于界面混合层和铌薄膜的作用,混合层中铌原子和硅原子相互混杂,存在大量结构缺陷,产生本征应力,从而导致硅基体中产生应变.     

选择性腐蚀Si1-xGex与Si制备绝缘体上超薄应变硅

基于应变硅以及绝缘体上超薄应变硅(SSOI)工艺,使用氢氟酸、硝酸和醋酸的混合溶液与质量分数为25%的四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液选择性腐蚀Si1-xGex与Si以制备绝缘体上超薄应变硅。研究了质量分数为0.5%～5%的HF和Si1-xGex中Ge的含量对选择性腐蚀的腐蚀速度与选择比的影响,优化了选择性腐蚀工艺。采用氨水、过氧化氢和水的混合溶液处理选择性腐蚀后的Si1-xGex与Si表面,得到了高应变度、高晶体质量的超薄SSOI。采用原子力显微镜(AFM)测试腐蚀速度以及腐蚀后的表面粗糙度;使用喇曼光谱仪表征Si1-xGex以及应变硅的组分以及应变度;使用透射电子显微镜(TEM)对SSOI的晶体质量进行了表征。结果表明,超薄SSOI的表面粗糙度(RMS)为0.446 nm,顶层Si的应变度为0.91%,顶层应变硅层厚度为18 nm,且具有高的晶体质量。     

一种新型体硅谐振加速度计

设计了一种谐振加速度计.这种加速度计包括两个双端固定音叉、一个质量块、四套放大惯性力的杠杆系统以及激励和敏感梳.利用梳状电极每个音叉被静电激励和敏感.利用MEMS体硅工艺研制了这种新型加速度计,测试的灵敏度为27.3Hz/g,分辨率为167.8μg.     

MOS环振式数字加速度传感器

提出了一种新的环振式数字加速度传感器,它采用做在硅梁上的MOS环形振荡器作为敏感元件,两个反方向变化的环振输出信号通过集成在片内的混频器实现频率相减.该传感器具有准数字输出、灵敏度高、温度系数低以及制作工艺简单等特点.分析了环形振荡器的频率特性,以及环形振荡器的谐振频率和加速度的关系,分析并设计了加速度传感器的环形振荡器电路、混频器电路、物理结构以及制作工艺,并制作了样品,其灵敏度为6 .91k Hz/g.     

局部化混合晶向应变硅CMOS结构及其制备方法

描述了混合晶向技术原理以及各种硅衬底晶向的反型层中载流子迁移率特性,分析了应变硅技术对载流子迁移率的增强机理,介绍了DSL这种应变硅技术的工艺实现方法。提出了将混合晶向技术和应变硅技术两者有机结合以提高载流子迁移率的局部化混合晶向应变硅基本思路,分析了基于该基本思路的局部化混合晶向应变硅CMOS结构及其电学性能。最后详细描述了局部化混合晶向应变硅CMOS结构工艺流程,为开发高性能、低功耗CMOS集成电路提供了一个科学合理的工艺制备方法。     

螺旋倾斜复合技术对光纤布拉格光栅传感器的减敏作用北大核心CSCD

降低光纤布拉格光栅(FBG)应变传感器的应变灵敏度是解决传感器量程小、无法监测大应变问题的一种重要方法。为了监测构件在使用过程中的应力应变变化,提出了螺旋倾斜式光栅复合技术,建立了光栅实测应变与试样实际应变间的理论关系,在不同螺旋倾角下进行了光栅应变灵敏度的测量试验。试验结果表明,该方法能有效降低光栅应变灵敏度,增大光栅应变测量量程。