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無線高溫E+E壓力傳感器設(shè)計(jì)與制備工藝
鑒于傳統(tǒng)硅基MEMSE+E壓力傳感器在高溫、潮濕等復(fù)雜環(huán)境中的應(yīng)用具有一定的局限性，設(shè)計(jì)了一種SiC基無線高溫E+E壓力傳感器，能夠克服高溫環(huán)境中傳統(tǒng)E+E壓力傳感器壓敏結(jié)構(gòu)失穩(wěn)及電引線性能退化的問題。SiC材料作為一種新興的第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料，其半導(dǎo)體器件能夠適應(yīng)高溫、高頻、大功率等工作環(huán)境，隨著SiC材料MEMS加工工藝的不斷成熟，對(duì)其進(jìn)行高溫E+E壓力傳感器的制備研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

無線高溫E+E壓力傳感器設(shè)計(jì)與制備工藝
結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，詳細(xì)闡述了SiC基高溫E+E壓力傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備流程以及相關(guān)結(jié)構(gòu)驗(yàn)證等基本內(nèi)容。根據(jù)互感耦合電磁感應(yīng)原理，外界壓力可以改變可變電容所在傳感器回路的諧振頻率，繼而引起測(cè)試回路等效阻抗的顯著變化，通過觀察這一特征變化量來獲取外界壓力的有效信息。這種無線耦合的測(cè)量方式避免了器件間電引線互聯(lián)，可以應(yīng)用于高溫等惡劣環(huán)境。傳感器對(duì)溫度，電源波動(dòng)等多種工作參數(shù)敏感，致使精度大大下降。在E+E壓力傳感器靜態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立了它的輸出特性校正模型，并利用矩陣奇異值分解的方法成功求解了該模型zui小二乘解中范數(shù)zui小的*解。經(jīng)驗(yàn)證，該模型顯著改善了傳感器的非線性，有效消除了工作參數(shù)的影響，使測(cè)壓精度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)。利用傳感器對(duì)多種工作參數(shù)的敏感性，還可以實(shí)現(xiàn)多參數(shù)測(cè)量。在不增加任何設(shè)備的情況下，實(shí)現(xiàn)了用一個(gè)E+E壓力傳感器同時(shí)測(cè)溫和測(cè)壓，且測(cè)壓精度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，測(cè)溫精度優(yōu)于±10℃，大大提高了E+E壓力傳感器的性能價(jià)格比。分別對(duì)高溫E+E壓力傳感器電容和電感結(jié)構(gòu)建模，并給出具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)方法，同時(shí)為驗(yàn)證電容結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，對(duì)敏感膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行撓度和應(yīng)力的理論推導(dǎo)和ANSYS仿真分析，作出敏感膜撓度和應(yīng)力在量程范圍內(nèi)隨外界壓強(qiáng)變化的關(guān)系曲線。結(jié)合傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和現(xiàn)有的MEMS加工工藝，制定了傳感器工藝流程方案，并對(duì)其中涉及的關(guān)鍵工藝進(jìn)行了詳細(xì)分析和工藝驗(yàn)證。zui后對(duì)傳感器電容結(jié)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)驗(yàn)證與分析，采用硅材料替代碳化硅材料制備電容壓敏結(jié)構(gòu)，檢驗(yàn)電容空腔的密封性能，并對(duì)密封存在問題的芯片進(jìn)行測(cè)試分析。

無線高溫E+E壓力傳感器設(shè)計(jì)與制備工藝
將壓敏電容與PCB電感線圈引線鍵合，串聯(lián)形成LC諧振回路即無線電容E+E壓力傳感器，對(duì)其完成常溫下的均勻壓力測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，采用MEMS工藝制備的無線無源電容E+E壓力傳感器在實(shí)踐上具有一定的可行性。