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文檔簡介
1、CMOS工藝下微壓力傳感器研究姓名:向延進姓名:向延進班級:測控技術與儀器班級:測控技術與儀器 指導教師:顏黃蘋指導教師:顏黃蘋學號:學號:答辯報告整理課件研究目的和意義研究內(nèi)容總結與展望目錄目錄整理課件一一、研究目的和意義、研究目的和意義 硅壓力傳感器是具有體積小、重量輕、精度高等優(yōu)點。其制作工藝與集成電路工藝兼容,是各類傳感器中最具性價比的傳感器,在工業(yè)實踐中已經(jīng)得到了廣泛應用。 CMOS工藝是集成電路的主流制造工藝,主要特點是加工工藝流程固定,有利于量產(chǎn)化。而MEMS工藝能加工更多的傳感器結構,兩者結合可以滿足傳感器的量產(chǎn)化和多樣性的需求。雖然兩種工藝還不能完全兼容,但未來發(fā)展市場相當可
2、觀。整理課件二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容 1、傳感器工作原理2、電路設計3、壓力特性仿真4、電路特性仿真5、版圖設計6、后續(xù)加工整理課件二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容1、傳感器工作原理傳感器結構示意圖整理課件二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容2、電路的設計傳感器電路原理圖整理課件3、壓力特性的仿真 (仿真軟件:COMSOL)二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容約束條件:P型單晶硅等效硅襯底邊界固定約束等效未減薄區(qū)域對形變區(qū)域的約束1Mpa邊界載荷代替外界壓力芯片的形變量(1)形變量的觀察整理課件二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容0Mpa壓力下電壓的分布1Mpa壓力下電壓的分布給電阻一端固定的電流(1mA),并將其接地,觀察不同壓力下最
3、大電壓的變化整理課件將電導率固定二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容壓力仿真失敗分析各項異性整理課件解決方法:根據(jù)壓阻效應公式推導二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容整理課件二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容壓阻系數(shù): l,t 對于任意方向: l=11-2(11-12-44)(l12m12+ m12n12+ l12n12) t=12-2(11-12-44)(l12l22+ m12m22+ n12n22)l=t24.4*10-11Pa-1整理課件二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容應力:整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容(2)主應力仿真第一主應力l第二主應力2整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容(2)主應力仿真第三主應力3數(shù)據(jù)采集仿真分析:1、忽
4、略溝道區(qū)域的寬度和厚度2、將p型襯底的應力分布作為n型溝道區(qū)域受到的應力整理課件二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容(2)主應力仿真壓力(Kpa)主應力(106pa)123000020017667.4664003531351326005292021988007052702641000882337330壓力(Kpa)主應力(106pa)1230000200-0.319-19.4-77.7400-0.64-38.9-155600-0.96-58.2-233800-1.28-77.7-3111000-1.6-97.1-388M2主應力數(shù)據(jù)M3主應力數(shù)據(jù)整理課件二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容(2)主應力仿真壓力(Kpa
5、)02004006008001000縱向應力l(106pa)066.7133.5200267333.5橫向應力t(106pa)00.71.5233.5壓力(Kpa)02004006008001000縱向應力l(106pa)0-48.55-96.95-145.6-194.35 -242.55橫向應力t(106pa)029.1558.0587.4116.65145.45壓力(Kpa)02004006008001000/00.0164460.032940.0492880.065880.082228壓力(Kpa)02004006008001000/0-0.00473-0.00949-0.0142-0.
6、01896-0.02369橫向應力和縱向應力:溝道遷移率的變化率:整理課件二、研究內(nèi)容二、研究內(nèi)容(2)主應力仿真壓力隨溝道遷移率的變化關系 位于固定端MOS管的溝道區(qū)域的遷移率大概增加40cm2/Vs,外加壓力每增加200Kpa溝道遷移率增加8cm2/Vs,而位于正中間的MOS管的溝道區(qū)域遷移率大概增加了12cm2/Vs,外加壓力每增加200Kpa溝道遷移率增加2/Vs。整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容4、電路特性的仿真 電路原理示意圖簡化后的電路圖整理課件三三、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容4、電路特性的仿真 MOS管主要工藝參數(shù)電路程序整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容4、電路特性的仿真 溝道寬的實驗
7、數(shù)據(jù)整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容4、電路特性的仿真 位于固定端(M2)和正中間的(M3)的MOS管的漏端電壓整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容4、電路特性的仿真 壓力和輸出電壓的關系結論: 從圖可以分析出壓力和輸出電壓呈現(xiàn)線性變化關系。通過計算得知傳感器的靈敏度大約為185mV/Mpa。 從以上的仿真可知,影響傳感器靈敏度的主要是應力和壓阻系數(shù)??梢酝ㄟ^優(yōu)化傳感器結構和提高溝道區(qū)域的摻雜度來提高傳感器的靈敏度。整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、版圖設計(1)器件選型電阻:N+、P+、NWELL、P_Poly、NLDD、High Ploy2MOS管:標準型N/PMOS、耗盡型N/PMOS、低
8、閾值N/PMOS電阻版圖MOS管版圖整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、版圖設計(2)注意事項天線效應設計規(guī)則寄生電容寄生電阻對稱分布整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、版圖設計(3)版圖設計最終版圖整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、版圖設計(3)DRC 和 LVSDRC:設計規(guī)則檢查LVS:版圖與電路的一致性檢查錯誤提示整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、版圖設計(4)寄生參數(shù)的提取部分寄生參數(shù)一個寄生電容和對應的網(wǎng)表整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、版圖設計(5)后仿真每條線路的寄生參數(shù)總和整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、版圖設計(5)后仿真每條支路對應的總寄生電容和電阻整理課件二
9、二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、版圖設計(5)后仿真后仿真電路程序整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、版圖設計(5)后仿真結論:從圖我們可以計算出傳感器的靈敏度大約為155mV/Mpa,寄生參數(shù)的加入使得傳感器靈敏度大約降低了30mV/Mpa。加入寄生參數(shù)后壓力和輸出電壓的關系整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、后續(xù)工藝 版圖設計后需要經(jīng)過CMOS工藝加工出芯片,然后需要通過MEMS工藝加工出傳感器的結構。此次采用CMOS工藝是m n阱 CMOS制造工藝,流片廠商為華潤上華。 MEMS加工的目的是將芯片發(fā)生形變的區(qū)域從300m減薄到m。整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、后續(xù)工藝方案1:金屬夾具夾具模板MEMS工藝整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、后續(xù)工藝方案1:金屬夾具MEMS工藝優(yōu)點:效率高不用考慮對其操作缺點:刻蝕精度差整理課件二二、研究內(nèi)容、研究內(nèi)容5、后續(xù)工藝MEMS工藝方案2 光刻底膜處理涂膠前烘曝光后烘顯影堅膜刻蝕 除膠光刻光刻掩膜版整理課件三、總結與展望三、總結與展望 本次課題研究,對CMOS工藝下微壓力傳感器進行研究。主要類容是設計了傳感器的電路圖、對傳感器的壓力特性和電路特性進行了仿真、設計了傳感器版圖、最后對芯片后續(xù)加工工藝進行了探討,設計了MEMS
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