基于非對稱基區(qū)晶體管壓力傳感器溫度補償集成化研究.pdf

1、本文基于雙極工藝和MEMS技術在SOI片（器件層為n型<100>晶向高阻硅）上設計、制作非對稱基區(qū)晶體管溫度補償壓力傳感器，壓敏結構由C型硅杯和方形硅膜上四個p型擴散壓敏電阻構成的惠斯通電橋組成，溫度補償結構由非對稱基區(qū)晶體管構成。當施加壓力P時，方形硅膜發(fā)生彈性形變，壓敏電阻阻值改變導致惠斯通電橋輸出電壓發(fā)生變化，理論分析給出，壓敏結構可實現(xiàn)外加壓力P的測量。利用PN結導通電壓溫度系數(shù)為負，采用非對稱基區(qū)晶體管結構對壓力傳感器靈敏度負

2、溫度系數(shù)進行溫度補償，通過改變基區(qū)電阻的比例，實現(xiàn)補償優(yōu)化。基于ANSYS軟件構建壓力傳感器結構仿真模型，研究硅膜形狀、尺寸對傳感器特性影響，并結合MATLAB計算方形硅膜上電阻的位置分布，進行具有溫度補償結構壓力傳感器優(yōu)化設計。
　　本文采用L-Edit軟件實現(xiàn)芯片版圖設計，并在SOI片上實現(xiàn)具有溫度補償結構壓力傳感器芯片制作和封裝，通過采用全自動壓力變送器測試系統(tǒng)(AmericanMensor CPC6000)、高低溫實驗箱(

3、OBIS GDJS-100LG-G)和壓力測試盤等搭建的測試系統(tǒng)，對非對稱基區(qū)晶體管溫度補償壓力傳感器進行特性研究。實驗結果給出，在室溫條件下，供電電壓5.0 V，壓力傳感器靈敏度為0.227 mV/kPa;溫度范圍為-40℃到100℃變化時，該壓力傳感器的靈敏度溫度漂移為-1862 ppm/℃，補償后靈敏度溫度漂移為-1067 ppm/℃;對非對稱基區(qū)晶體管進行優(yōu)化設計，最終補償后靈敏度溫度漂移為-127 ppm/℃。研究結果表明，本