与标准Si工艺兼容的集成传感芯片的研究

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随着现代科技水平的飞速发展,人民的生活水平大大提高,传感器技术越来越受到重视,它的应用领域已经渗透到了各方各面。传感器以它技术含量高、经济效益好、市场前景广等优点已经被国内外公认为是具有发展前途的高技术产业。而其中的集成传感器是用集成电路工艺和技术制造的微型、集成、智能化传感器,它具有体积小、重量轻、使用方便、可靠性高、接口灵活、微功耗等优势,是传感器的发展方向。近年来,各类新颖集成传感器不断涌现,应用广泛。其中欧美等国展现出了明显的领先优势,国内的一些研究机构也已着手开发和研究,但在产品灵敏度、可靠性及成本上与国外相比还存在较大差距。基于此,本文提出采用标准Si工艺进行研制以集成光电三极管和集成压力传感器两个为代表的集成传感芯片,就芯片设计、流片加工、封装以及测试开展了大量的研究工作。  本文主要研究工作与成果包括以下方面:  (1)分析了光电三极管的工作原理和性能优势,并对其制作标准Si工艺进行了介绍。  (2)对集成光电三极管进行了结构分析和仿真。从低成本角度出发,设计并采用CSMC0.25μmBCD工艺研制了面积分别为40×40μm2、50×100μm2、80×100μm2、100×100μm2光电三极管的芯片并流片。测试结果表明响应度最高可以到达约2.02A/W,电流放大倍数β可以达到60左右,并且频率特性较好。  (3)利用MOSFET管沟道区域作为集成压力传感器的等效压敏电阻方式,使用COMSOL软件对其进行了仿真分析,结果显示所设计的压力传感器灵敏度较好。给出了一种CMOS工艺与MEMS工艺相结合的制造方式,并对一种制作集成压力传感器的工艺进行了探讨。  本文的创新点如下:  从低成本角度出发,采用标准Si工艺成功研制集成光电三极管;提出了一种将MOSFET管设计成方环形,利用其沟道区设计了一种CMOS工艺与MEMS工艺相结合的集成压力传感器,在工业计量和医疗仪器等领域有一定的应用前景。
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