用于高温压力传感器的AlN绝缘膜的研究

采用直流磁控反应溅射法制备了高温压力传感器用的AlN薄膜.用X射线衍射对薄膜的晶向结构进行了分析,研究了薄膜的绝缘特性和化学稳定性,分析了AlN与Si的热膨胀系数、热导系数的关系.选用AlN在力敏电阻条和硅弹性膜之间进行绝缘隔离,由于无p-n结,力敏电阻无反向漏电,得到了极好的压力传感器特性,即零点电漂移及热漂移小及非线性小.     

压阻式金刚石压力微传感器的制作与测试

由于金刚石薄膜具有优良的高温压阻特性，适合于制作高温压力传感器。在Φ50mm(100)硅单晶衬底上用热丝CVD法生长本征多晶金刚石薄膜作为绝缘隔离层，通过掩模选择性生长法得到掺硼金刚石薄膜电阻条，再经金属化处理和腐蚀硅压力腔，得到了压阻式金刚石压力微传感器的原型器件。对该器件的压力输出特性测量表明，输出电压一压力曲线线性较好，重复性好．常温下灵敏度高。     

压力传感器零点电漂移与热漂移特性的模拟

利用ＰＳＰＩＣＥ程序结合非线性电阻模型来模拟压力传感器的电桥电路,可显示零点电漂移和热漂移特性。并阐明可利用电漂移来消除热零点漂移。     

单片集成压力传感器及弱信号处理电路的设计

通过分析硅压敏电阻与晶向的关系,找到力敏电阻在硅膜片上的最佳位置。经测量,在10～400kPa范围内,压阻电桥的灵敏度约为0.36mV/kPa。提出一种由惠斯登电桥双端输出和双级放大器组成的电路结构,以对称的输入结构和全摆幅输出,解决了传感器输出小、易产生零点漂移的问题。用Cadence软件对电路进行模拟,在5V电源电压下,该放大电路的输出范围为0.036～4.953V,开环增益为110dB,CMRR为105.8dB,相位裕度为63.68°,可满足压力传感器的要求。     

单块集成压阻式压力传感器

本文介绍一种由力敏电阻全桥和温度补偿的放大器电路构成的集成压力传感器。通过理论分析得到了(100)矩形硅膜的尺寸以及力敏电阻位置和尺寸的最佳化设计。通过对全电路温度系数的分析计算,找到了最佳的工作条件。该设计已由双极集成电路工艺和各向异性化学腐蚀工艺实现,制成了灵敏度达到1000μV/mmHg的集成压力传感器,并已用于生理压力的实际测试。     

氮系Ⅲ—Ⅴ族化合物—A1N

AIN薄膜是一种高温绝缘膜和半导体器件的钝化膜,特别适用于超高频表面波器件,是有很大的应用潜力和发展前景的材料。本文主要介绍AIN薄膜的特性、制备方法和应用。     

压力传感器用NiCr纳米薄膜

采用离子束溅射纳米薄膜技术和半导体微细加工技术，将纳米薄膜应变电阻直接制作在金属弹性体上，实现了敏感元件与弹性体的原子结合，有效地解决了传统压力传感器中“零点漂移”技术难题，真正实现了在高温、振动等恶劣环境下的长期稳定性和可靠性。     

硅压阻式压力传感器温度补偿建模与算法研究

微电子技术的发展促进了硅传感器的加工工艺水平的提高，使硅传感器获得良好的一致性、稳定性和可靠性，而半导体的温度特性使硅压力传感器的零点和灵敏度随温度而发生漂移。针对硅压阻式压力传感器这一“弱点”，介绍一种基于压力芯片的惠斯顿电桥建立外接电阻补偿网络的数学模型，利用MatLab优化工具箱提供的优化方法构建算法，对补偿电阻求解，实现对温度漂移的补偿。该方法更有助于基于硅压阻式压力芯片的OEM型产品的大规模量产。     

纳米薄膜光纤法布里-珀罗传感器的温度特性

在对薄膜材料热光效应和热膨胀特性研究的基础上,综合运用光学薄膜法布里-珀罗腔(Fabry-Perot)干涉理论,采用MATLAB 编程设计了纳米薄膜光纤法布里-珀罗传感器的仿真分析程序,模拟了薄膜型光纤法布里-珀罗传感探头反射光谱随温度变化的波长漂移特性,分析了不同材料热光效应和热膨胀特性对温度特性的影响权重,并进行了实验验证。验证结果表明,传感探头测试光谱的温度变化特性与仿真特性一致,纳米薄膜光纤法布里-珀罗传感器的理论仿真可用于选择纳米薄膜材料及筛选温度敏感且镀制容差大的膜系,对传感探头的研制具有指导意义。     

二氧化钒的相变调控特性及可重构超表面天线应用研究

对二氧化钒(VO2)薄膜的相变调控特性及方法进行了理论分析和实验探索.采用电激励方式研究了不同电极对相变程度的影响,发现电极尺寸和形状与绝缘状态下电阻的变化密切相关,从而影响相变程度.此外,相变程度也受不同调控方式的影响,可以用焦耳热原理解释.进一步将VO2薄膜与超表面结构相结合,设计实现了大范围频率可重构的超表面天线...     

激光熔蚀反应淀积AlN薄膜残余应力及热稳定性的研究

激光熔蚀反应淀积于 Si(10 0 ) ,Si(111)基底上的 Al N薄膜是高质量高取向性的 Al N多晶膜 ,薄膜与基底的取向关系为 Al N(10 0 )∥ Si(10 0 ) ,Al N(110 )∥ Si(111)。薄膜具有较低的残余应力和较好的热稳定性。实验结果表明 ,当氮气压强和放电电压分别为 10 0× 133.33Pa和 6 50 V时 ,薄膜的残余应力低于 3GPa。此样品在纯氧环境 50 0℃时 ,经过 3h的退火 ,红外吸收谱检测未发现有Al2 O3 特征峰出现。对 Al N/Cu双层膜的研究表明所制备的 Al N薄膜在金属薄膜的防护上也有潜在的应用价值。     

磁控溅射硅基AlN薄膜的氮-氩气体流量比研究

反应磁控溅射制备AlN薄膜时,薄膜的质量与众多实验参数有关。靶基距、溅射功率、工作气体总压及N2气分压等实验参数影响薄膜质量的报道很多,因此,研究N2/Ar流量比对磁控溅射硅基AlN薄膜元素种类与含量的影响很有实用意义。实验表明,在其他参数一定的情况下,N2/Ar流量比对AlN薄膜元素种类与含量有很大影响。通过实验验证,选择N2/Ar流量比约为1.525可获得高质量的AlN薄膜(100取向)。     

溅射AlN技术对GaN基LED性能的影响

研究了在图形蓝宝石衬底(PSS)上利用磁控溅射制备AlN薄膜的相关技术,随后通过采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)在相关AlN薄膜上生了长GaN基LED.通过一系列对比实验,分析了AlN薄膜的制备条件对GaN外延层晶体质量的影响,研究了AlN薄膜溅射前N2预处理功率和溅射后热处理温度对GaN基LED性能的作用机制.实验结果表明:AlN薄膜厚度的增加,导致GaN缓冲层成核密度逐渐升高和GaN外延膜螺位错密度降低刃位错密度升高;N2处理功率的提升会加剧衬底表面晶格损伤,在GaN外延膜引入更多的螺位错;AlN热处理温度的升高粗化了表面并提高了GaN成核密度,使得GaN外延膜螺位错密度降低刃位错密度升高;而这些GaN外延膜位错密度的变化又进一步影响到LED的光电特性.     

(100)取向AlN薄膜的制备及其压电性能研究

采用射频磁控溅射法,在Si(100)衬底(含Au导电层)上制备了(100)取向的AlN薄膜并研究了工作压强和溅射功率对制备的AlN薄膜性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)分析了薄膜结构特性,结果表明,在一定范围内,工作压强的增加和溅射功率的减小更有利于AlN(100)晶面择优取向的生长。利用压电力显微镜(PFM)对AlN薄膜的形貌和压电性能进行了表征,发现(100)择优取向的AlN薄膜的压电性主要表现在薄膜面内方向上。     

Optical Properties and Reactive Sputtering Conditions of AIN and AlSiN Thin Films for Magneto- Optical Applications

The dependence of the refractive index and film thickness of AlN and AlSiN thin films on the reactive sputtering conditions (N₂ partial pressure, total pressure, and rf sputtering power) have been studied in detail and analyzed in terms of the mechanism of reactive sputtering and the target poisoning phenomenon. On the basis of the results, the sputtering conditions of AlN and AlSiN films have been optimized for magneto-optical applications. The AlN and AlSiN films after optimization of the sputtering conditions had very high transmissivity and refractive index, and were suitable for magneto-optical Kerr effect enhancement. A marked enhancement of the magneto-optical Kerr effect for a TbFeCo film coated with AlN and AlSiN films was observed. The improvement of the signalto-noise ratio obtained with the AlSiN film was greater than the AlN film.     

How to reduce the Al-texture in AlN films during film preparation

The preparation of aluminum nitrogen(AlN) film without Al texture is of great significance for the manufacture of highperformance surface acoustic wave(SAW) device.We research the process factors which bring Al into AlN film due to radio frequency(RF) magnetron sputtering system,and discuss how the process parameters influence the AlN thin film containing Al.In the research,it is found that the high sputtering power,the low deposition pressures and low partial pressure of Ar can lead to growing Al-texture during AlN thin film preparation,and the experiment also shows that filling the chamber with nitrogen gas can recrystallize a small amount of Al composition into AlN film during the annealing process in the high temperature environment.     

薄膜体声波传感器的有限元仿真与分析

薄膜体声波滤波器(FBAR)传感器的性能受结构和材料特性的影响很大。该文利用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件,建立了FBAR传感器的二维、三维有限元结构模型。用氮化铝和氧化锌材料作为压电薄膜对建立的模型做了固体力学和静电学仿真分析,得到了FBAR传感器的谐振频率、导纳特性曲线和谐振频率处的位移分布情况。通过分析发现氮化铝压电薄膜阻抗特性曲线更平滑,而氧化锌压电薄膜存在明显的寄生谐振峰的问题。针对氧化锌压电薄膜存在的寄生谐振峰进行了优化,仿真分析了电极边长尺寸和电极厚度对寄生谐振的影响,实现了对寄生谐振峰的有效抑制。     

Fabrication of micro heaters on polycrystalline 3C-SiC suspended membranes for gas sensors and their characteristics

This paper describes the design, fabrication, and characteristics of micro heaters mad on AlN (0.1 μm)/3C-SiC (1 μm) suspended membranes using surface micromachining technology. 3C-SiC and AlN thin films, which have a large energy band gap and very low lattice mismatch, were used for high-temperature environments. A Pt thin film was used as micro heaters and temperature sensor materials. The resistance of the temperature detector (RTD) and the power consumption of the micro heater were measured and calculated. The heater is designed for an operating temperature up to about 800 °C and can be operated at about 500 °C with a power of 312 mW. The thermal coefficient of the resistance (TCR) of fabricated Pt RTD’s is 3174.64 ppm/°C. The thermal distribution measured by IR thermovision is uniform across the membrane surface.     

AlN薄膜制备技术研究

采用磁控溅射法制备了AlN薄膜并研究了射频(RF)等离子清洗对AlN薄膜结晶取向度的影响,实验表明,RF等离子清洗基片3min后AlN薄膜c轴取向摇摆曲线半峰宽达到1.3°;通过Mo薄膜衬底对AlN薄膜结晶取向度的影响发现,取向度好的Mo薄膜衬底有利于c轴取向AlN薄膜的生长;Ar气体流量对AlN薄膜应力的影响使AlN薄膜应力从-390(压应力)~73 MPa(张应力)可调。     

基于薄膜体声波谐振器的高灵敏度质量传感器

提出了一种针对于生物传感应用的薄膜体声波谐振(Thin film bulk acoustic resonator,FBAR)质量传感器。薄膜体声波谐振器谐振频率非常高(GHz数量级),同时具有很高的品质因数,因此基于这种器件的质量传感器具有非常高的质量灵敏度。提出了三对全金属Al-W层作为布拉格声学反射层的FBAR,采用AlN作为压电层,制备出了固态装配型FBAR传感器。通过淀积不同厚度Al层顶电极,对器件的质量灵敏度进行了分析,得到质量传感器串联谐振频率在2.8GHz附近,质量响应度达到5×10-4ng/Hz/cm2,可以实现分子量级的质量传感。