超低温压力传感器的结构设计
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超低温压力传感器是指在4K~110K范围内的低温环境下能正常工作的压力传感器。在众多类型的压力传感器中,超低温压力传感器因其特殊应用环境而日渐受到人们的重视,尤其是在液氢液氧作为燃料使用越来越多的情况下。超低温压力传感器在航天、工业运输等领域得到应用。论文介绍了国内外各种超低温压力传感器的研究现状。系统论述超低温压力传感器的工作原理并进行结构设计。本文还创新性的采用多晶硅纳米薄膜作为敏感电阻并应用于超低温环境下,开拓了多晶硅薄膜的又一应用方向。设计的传感器制作工艺简单,与集成电路工艺兼容,制作成本低。论文利用有限元分析法,借助了ANSYS软件,建模分析了传感器的弹性承压膜的应力场分布情况,确定了多晶硅压敏电阻的位置及其排列方式。然后在理论分析的基础上,介绍了每个传感器参数的设计过程,对这一传感器的弹性膜尺寸、压敏电阻和版图进行了设计。在研究加工工艺的基础上,根据设计的结构绘制了传感器加工用的版图,并设计了传感器的加工工艺,在文中给出了加工的详细工艺步骤。除此之外,本文也对传感器的封装结构进行设计并对封装工艺进行了初步研究。
摘要 | 第4-5页 |
Abstract | 第5页 |
1 绪论 | 第8-17页 |
1.1 超低温压力传感器的研究背景及意义 | 第8-9页 |
1.2 压力传感器的发展历程及发展趋势 | 第9-10页 |
1.3 国内外研究现状 | 第10-16页 |
1.3.1 国外研究现状 | 第10-15页 |
1.3.2 国内研究现状 | 第15-16页 |
1.4 课题的主要研究内容 | 第16-17页 |
2 超低温压力传感器研究的理论基础 | 第17-28页 |
2.1 压阻式压力传感器的工作原理 | 第17-19页 |
2.2 压阻效应 | 第19-22页 |
2.2.1 硅的压阻效应 | 第19-20页 |
2.2.2 多晶硅的压阻效应 | 第20-22页 |
2.3 压阻系数及影响因素 | 第22-24页 |
2.4 压力传感器的温度漂移 | 第24-25页 |
2.5 压力传感器的供电电源 | 第25-27页 |
2.6 本章小结 | 第27-28页 |
3 超低温压力传感器压敏材料研究及传感器结构设计 | 第28-41页 |
3.1 多晶硅纳米薄膜的工作机理和特性研究 | 第28-32页 |
3.1.1 多晶硅纳米薄膜的压阻效应 | 第28-31页 |
3.1.2 多晶硅纳米薄膜的应变因子 | 第31-32页 |
3.2 硅弹性膜片形状的仿真分析 | 第32-34页 |
3.3 硅弹性膜片厚度的仿真分析与选择 | 第34-36页 |
3.4 多晶硅纳米薄膜电阻的放置位置确定 | 第36-39页 |
3.5 温度传感器 | 第39-40页 |
3.6 本章小结 | 第40-41页 |
4 传感器的版图设计及加工工艺研究 | 第41-54页 |
4.1 压力传感器的制作工艺 | 第41-48页 |
4.1.1 氧化 | 第41-42页 |
4.1.2 光刻 | 第42-44页 |
4.1.3 低压化学气相淀积 | 第44页 |
4.1.4 离子注入 | 第44-45页 |
4.1.5 反应离子刻蚀 | 第45-46页 |
4.1.6 腐蚀 | 第46-47页 |
4.1.7 欧姆接触 | 第47-48页 |
4.1.8 剥离工艺 | 第48页 |
4.2 压力传感器的制作工艺流程及版图 | 第48-52页 |
4.2.1 制作传感器的工艺 | 第48-51页 |
4.2.2 制作传感器的版图 | 第51-52页 |
4.4 本章小结 | 第52-54页 |
5 传感器封装结构及封装工艺研究 | 第54-57页 |
5.1 低温下压力传感器的封装结构设计 | 第54-55页 |
5.2 传感器封装工艺研究 | 第55-56页 |
5.3 本章小结 | 第56-57页 |
6 总结和展望 | 第57-58页 |
参考文献 | 第58-61页 |
攻读硕士学位期间发表的论文 | 第61-62页 |
致谢 | 第62页 |
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