автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.14, диссертация на тему:Чувствительные элементы для микроэлектронных датчиков давления информационно-измерительных систем

На правах рукописи

ЦИБИЗОВ Павел Николаевич

ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДЛЯ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Специальности 05 11 14—технология приборостроения, 05 11 16 - информационно-измерительные и управляющие системы (приборостроение)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

003064783

Пенза 2007

003064789

Работа выполнена на кафедре «Приборостроение» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет»

Научный руководитель доктор технических наук, доцент

Михайлов Петр Григорьевич

Научный консультант кандидат технических наук

Баринов Илья Николаевич

Официальные оппоненты- доктор технических наук, профессор

Воячек Александр Иванович,

кандидат технических наук Белозубов Евгений Михайлович

Ведущая организация ФГУПНИИЭМП(г Пенза)

Защита диссертации состоится 5 апреля 2007 г в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212 186 02 в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» по адресу 440026, г Пенза, ул Красная, 40

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет», автореферат размещен на сайте www pnzgu ru

Автореферат разослан 5 марта 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук,

профессор

А. В. Светлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Непрерывное усложнение создаваемых изделий ракетно-космической и авиационной техники (РКТ и AT), нефтеперерабатывающей, химической промышленности, энергетики, морского, железнодорожного транспорта и др, высокая насыщенность их специальными измерительными системами требуют совершенствования датчиковой аппаратуры и создания датчиков нового поколения

Современное развитие технологии микроэлектроники открывает широкие возможности оснащения данных отраслей новыми микроэлектронными датчиками давления (МЭДД) Наиболее перспективно их применение в системах управления работой двигательных установок РКТ и систем контроля их технического состояния, отличающихся воздействием температур от криогенных значений до (500-600)°С, жестких электромагнитных помех и ионизирующих излучений.

Одним из основоположников направления микроэлектронньгх датчиков является В И Ваганов Продолжили и развили его работы отечественные и зарубежные авторы: В JI Кенигсберг, 3 Ю Готра, В А Гридчин, В В. Гршценко, П Гравесен, Д С Кэмпбэлл и др

Однако известные МЭДД не могут эксплуатироваться при высоких температурах, имеют метрологические характеристики, не удовлетворяющие возросшим требованиям Федерального космического агентства, Министерства обороны в оснащении информационно-измерительных систем наиболее современными, надежными, высокоточными средствами измерений

Это об> словлено тем, что чувствительные элементы (ЧЭ) известных датчиков имеют низкую тензочувствительность, высокую аддитивную погрешность из-за высоких механических напряжений, обусловленных различием температурных коэффициентов расширения (ТКР) слоев многослойной мембраны Перечисленные недостатки связаны с несовершенством конструкций и технологии изготовления ЧЭ Технологические недостатки связаны с низкой точностью разделения кристаллов (границы разделяемых кристаллов содержат дефекты поверхности, обусловленные использованием технологических методов разделения, не обеспечивающих заданные параметры) и низкой технологичностью их изготовления (уменьшение процента выхода годных кристаллов при переходе на технологию с использованием пластин кремния диаметром до 150 мм)

По этим причинам разработка конструктивно-технологических решений ЧЭ МЭДД с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками является актуальной научно-технической задачей

Цель и задачи исследований Целью работы является разработка конструктивно-технологических решений чувствительных элементов

микроэлектронных датчиков давления (ЧЭ МЭДД) с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками для информационно-измерительных систем (.ИИС)

Эта цель достигается решением следующих научных задач

- анализом и обобщением принципов построения и методов улучшения характеристик МЭДД для ИИС,

- разработкой новой конструкции ЧЭ МЭДД, обеспечивающей улучшенные характеристики датчика в целом,

- разработкой методики расчета механических параметров ЧЭ МЭДД, содержащего новые по сравнению с уже существующими конструктивно-технологические решения (изоляционный слой двуокиси кремния, расположенный только под тензорезисторами и коммутационными шинами, наличие сплошного слоя поликристаллического кремния на планарной поверхности ЧЭ),

- проведением оптимизации конструктивных параметров ЧЭ, обеспечивающих повышение технологичности изготовления и улучшение метрологических характеристик МЭДД как элемента ИИС,

- разработкой новых технологических методов изготовления ЧЭ МЭДД, включающих методы разделения пластины на кристаллы и утонения ЧЭ МЭДД до значения 20 мкм с целью уменьшения основной погрешности и повышения чувствительности МЭДД,

- изготовлением макетных образцов МЭДД как элементов ИИС с использованием разработанной последовательности технологических операций изготовления ЧЭ, проводимой на стандартном микроэлектронном оборудовании,

- проведением экспериментальных исследований изготовленных макетных образцов МЭДД как элементов ИИС с целью определения метрологических и эксплуатационных характеристик

Методы исследований При разработке моделей ЧЭ МЭДД использованы основные положения физики твердого тела, применены методы математической физики, теории упругости, прикладной механики При анализе и разработке методов улучшения метрологических и эксплуатационных характеристик ЧЭ МЭДД использованы положения физической химии, кристаллографии, микроэлектроники, технологии изготовления элементов схем, имитационное моделирование на ЭВМ В экспериментальных исследованиях использованы положения теории измерений, планирования эксперимента

Достоверность результатов подтверждается их

непротиворечивостью законам физики, корректным использованием современных аналитических и расчетных методов, математическим моделированием Основные теоретические положения и результаты расчетов подтверждены экспериментальными исследованиями изготовленных образцов ЧЭ МЭДД

Научная новизна работы заключается в следующем

1 Разработана новая конструкция ЧЭ МЭДД, содержащая сплошной слой нелегированного поликристаллического кремнйя толщиной не менее высоты тензорезисторов на пленарной стороне ЧЭ МЭДД; а также изоляционный слой двуокиси кремния, расположенный только под тензорезисторами и коммутационными шинами, что позволяет повысить чувствительность и уменьшить температурную погрешность МЭДД, использующихся в ИИС,

2 Разработана методика расчета механических параметров новой конструкции ЧЭ МЭДД

3 Разработан конструктивно-технологический метод изготовления ЧЭ МЭДД, заключающийся в создании защитной маски особой формы на поверхности кремниевой пластины, ребер жесткости на непланарной стороне пластины, позволяющий уменьшить основную погрешность, повысить чувствительность и технологичность изготовления МЭДД для ИИС

4 С целью улучшения метрологических характеристик МЭДД разработан метод утонения ЧЭ МЭДД, основанный на изотропном травлении кремния, позволяющий достигать минимального значения толщины кристаллов 20 мкм При этом за счет оптимизации режимов операции травления поверхность кристалла не содержит микротрещин, микронеровностей и других дефектов, что уменьшает погрешносгь линейности и повышает надежность МЭДД в целом

5 Разработан и реализован технологический процесс изготовления новой конструкции ЧЭ МЭДД с использованием разработанных методов, позволивший осуществить сборку макетных образцов МЭДД как элементов ИИС

6 Экспериментально исследованы метрологические и эксплуатационные характеристики МЭДД на основе разработанных ЧЭ, подтвердившие основные теоретические положения диссертационных исследований

Практическая значимость работы Работа способствует решению актуальной научно-технической задачи создания ЧЭ МЭДД с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками для информационно-измерительных систем ракетно-космической и авиационной техники

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют перейти к проектированию разработанных ЧЭ, их производству и внедрению Научная и практическая значимость подтверждаются тем, что исследования проводились в рамках работ, финансируемых Федеральным агентством по образованию, Федеральным ¡агентством по науке и инновациям, при выполнении договора № 35 от 18 02 05 г (ОКР «Информационно-измерительная система контроля давления рабочей среды») между ООО НИИ «Пироруглерод» (г Пенза) и Пензенским государственным университетом

Реализация результатов работы Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований автора (в соавторстве) использованы при разработке конструкции и метода изготовления ЧЭ МЭДД, принципы построения ЧЭ МЭДД, варианты топологии и конструкции ЧЭ использованы в лекционном материале и лабораторном практикуме дисциплины «Микромеханические устройства и приборы» кафедры «Приборостроение» ПГУ

Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на Международных научно-методических конференциях «Университетское образование» (Пенза, 2003, 2004), Международных симпозиумах «Надежность и качество» (Пенза, 2000, 2003), Международном юбилейном симпозиуме «Актуальные проблемы науки и образования» (Пенза, 2003), Международной научно-технической конференции «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» (Пенза, 2004), V Всероссийской научно-методической конференции «Современные охранные технологии и средства обеспечения комплексной безопасности объектов» (Пенза-Заречный, 2004), ХП Военно-научной конференции Военного университета ВПВО ВС РФ (Смоленск, 2005), научно-методической конференции «Информационно-измерительная техника, экология и мониторинг» (Москва, 2005)

Публикации По теме диссертации опубликовано 19 работ, из них 2 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК России, 1 заявка на изобретение Без соавторов опубликовано 6 работ

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы, двух приложений Основная часть изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 58 рисунков, 15 таблиц Список литературы содержит 145 наименований Приложения к диссертации занимают 14 страниц На защиту выносятся

1) конструкция ЧЭ МЭДД, содержащая сплошной слой нелегированного поликристаллического кремния толщиной не менее высоты тензорезисторов на планарной стороне ЧЭ МЭДД и изоляционный слой двуокиси кремния, расположенный только под тензорезисторами и коммутационными шинами, позволяющая повысить чувствительность и уменьшить температурную погрешность МЭДД для ИИС,

2) методика расчета механических параметров разработанной конструкции ЧЭ МЭДД,

3) конструктивно-технологический метод изготовления ЧЭ МЭДД, заключающийся в создании защитной маски особой формы на поверхности кремниевой пластины, ребер жесткости на непланарной стороне пластины, позволяющий уменьшить основную погрешность, повысить чувствительность и технологичность изготовления МЭДД для ИИС;

4) метод утонения ЧЭ МЭДД, основанный на изотропном травлении кремния, позволяющий достигать минимального значения толщины

кристаллов 20 мкм и таким образом улучшать метрологические характеристики МЭДД для ИИС

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы основная цель и задачи исследований, раскрыты научная новизна и практическая ценность, приведены результаты реализации и апробации работы, а также основные положения, выносимые на защиту

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследования. Обзор и сравнение методов улучшения характеристик чувствительных элементов для микроэлектронных датчиков давления информационно-измерительных систем» выявлено, что значительного улучшения метрологических и эксплуатационных характеристик ЧЭ можно добиться путем упрочнения приповерхностных слоев силовых материалов, используя при этом такие высокоэнергетические воздействия, как ионная имплантация, термодиффузия

Определено, что в ЧЭ МЭДД для повышения чувствительности и расширения диапазона измерения целесообразно использовать локальное микропрофилирование упругого элемента (мембраны) с помощью анизотропного травления

Специфику выбора предмета исследований определяют требования со стороны изделий РКТ повышение точности измерения, снижение габаритных размеров кристалла ЧЭ, повышение чувствительности тензорезистивных структур, рабочего диапазона температур до 250°С, временной стабильности и стойкости к воздействиям электромагнитных полей и токов источников естественного и искусственного происхождения за счет высокого (до 10 ГОм) сопротивления изоляции между тензорезистивной схемой и подложкой

Определен предмет исследований - полупроводниковые чувствительные элементы для микроэлектронных датчиков давления информационно-измерительных систем

Во второй главе «Разработка конструктивно-технологических решений по улучшению характеристик чувствительных элементов для микроэлектронных датчиков давления» разработана новая конструкция ЧЭ

Схематическое изображение, топология, а также вид профилированной мембраны разработанного ЧЭ МЭДД малогабаритных высокотемпературных датчиков давления представлены на рисунке 1

ЧЭ МЭДД 1 содержит кремниевую мембрану 2, выполненную из кремния и легированную бором до концентрации не менее 5 1019 см~^ Мембрана имеет утолщенное периферийное основание 4 с- профилем 3, представляющим собой сочетание утонченных участков и жестких центров

с концентраторами механических напряжений в месте расположения тензорезисторов меза-типа (А'1 Я4) 6. поверхность которых покрыта слоем двуокиси кремния 7.

КЗ

а) схематическое изображение и топология 43 МЭДД

Рисунок \ ■ Схематическое изображение, топология, профилированная мембранаЧО МЭДД: I - мембрана; 2 - утолщенное периферийное основание: 3 - концентраторы механических напряжений

Тензорезисторы, выполненные из кремния, легированного бором до уровня концентрации, что и мембрана, сформированы на закрепленном на мембране слое двуокиси кремния 5 и объединены с помощью коммутационных шин 9 в мостовую измерительную схему, имеющую соединенные металлизированные контактные площадки 8. Слой двуокиси кремния расположен только под тензорезисторами и коммутационными шинами, а поверхность мембраны со стороны тензорезисторов покрыта сплошным слоем нелегированного поликристаллического кремния 10 толщиной не менее высоты тензорезисторов

Предложенную конструкцию ЧЭ отличают от существующих аналогов следующие особенности (рис 2)

1) слой двуокиси кремния, располагаясь только под тензорезисторами и коммутационными шинами, занимает не более чем 5% площади высоколегированного слоя кремния, расположенного на мембране,

2) введенный сплошной слой нелегированного поликристаллического кремния располагается вокруг тензорезисторов и наносится методом пиролитического разложения моносилана в реакторе пониженного давления.

1 2 4

а) существующая структура

б) разработанная структура

Рисунок 2 - Элементы структуры 1ензорезистивных консгрукций ЧЭ МЭДЦ 1 - тензорезистор, 2 - защитный слой оксида кремния, 3 - изоляционный слой оксида кремния, 4 - слои нелегированного поликристаллического кремния

Преимущества разработанной конструкции ЧЭ перед существующими аналогами следующие

- повышенная прочность мембраны за счет наличия добавочного слоя нелегированного поликристаллического кремния, обладающего сходным с высоколегированным слоем кремния коэффициентом

термического расширения;

— сниженные механические напряжения за счет уменьшения площади контакта (менее 5%) высоколегированного слоя кремния со слоем двуокиси кремния,

- снижен эффект уменьшения тензочувствительности тензорезисторов меза-типа за счет наличия вокруг тензорезисторов слоя из нелегированного поликремния, повышена чувствительность преобразователя, тк деформация от мембраны полностью передается тензгорезисторам через слой поликристаллического кремния;

— нелегированный поликристаллический кремний, являясь материалом с высоким электрическим сопротивлением, не снижает сопротивления изоляции между тензорезисторами и подложкой,

- повышенная стабильность параметров (ток утечки, сопротивление изоляции, сопротивление тензорезисторов и др.) за счет снижения механических напряжений

Разработана методика расчета механических параметров нового чувствительного элемента Рассмотрена круглая мембрана радиусом а и постоянной толщины И из материала, обладающего цилиндрической анизотропией и при этом ортотропного Ось анизотропии проходит через центр и перпендикулярна к плоскости мембраны (плоскости, параллельной срединной) Плоскости, проходящие через ось анизотропии, являются плоскостями упругой симметрии (в каждой точке имеются три главных направления — нормальное, радиальное, тангенциальное) На мембрану, край которой заделан на всем протяжении, действует нормальная нагрузка, распределенная симметрично относительно оси анизотропии (оси вращения) и вызывающая изгиб по поверхности вращения

Сформулировано следующее положение действительный прогиб мембраны, соответствующий данным граничным условиям и нагрузке, отличается от всех возможных тем, что он сообщает минимальное значение выражению для потенциальной энергии деформации тела*

л

А (д2м> \

[ас2 ЛГгрСОБ/

дх-

—

х=рсоь1 Д..2 2

,)>=ряп* иу

\

Х=рС08/

+ 4А

\

дхду х=рсо^! у=рзшг у

где д - приложенная нагрузка, I),, В2, - жесткость изгиба вокруг оси, А жесткость кручения, у - прогиб мембраны

Для выявлений степени возможного уменьшения чувствительности преобразователя при введении слоя поли кристаллического кремнии, определено влияние нанослоев на изгибную жесткость ЧЭ.

Слоями те изо рези сто ров и коммутационными шинами ввиду их малой занимаемой площади (суммарная площадь, занимаемая данными слоями, составляет не более 5%), а также расположенным под ним изолирующим слоем можно пренебречь.

Структура оставшихся слоев разработанного ЧЭ (т.к. они занимают всю Площадь 43} представлена в виде элементарной балки круглого сечения на рисунке З.а.

Рисунок3 — Структура слоев разработанного ЧЭ

При выводе зависимости, определяющей изгибную жесткость балки, использовалась гипотеза Ьернулли о плоских слоях и сделано допущение, что срединный слой балки является нерастяжимым.

Определена зависимость для угла поворота (р сечения р + Ар относительно сечения р (рис. 3,6):

i/üJ dp

dii)

p-v

С (В

w

Соответственно, напряжение в сечении d% определяется зависимостью

op'

где (о - линейное смещение сечения балки в направлении оси ()г: Е(~) — модуль упругости первого рода,

С учетом момента силы, возникающей в сечении мембраны, изгибная жесткость всего ЧЭ в направлении оси Oz будет определяться зависимостью

В = 2% ¡E(z)R^2dQ,

я

2

где Я:

+ /¡5,0 , = - толщина слоя кремния, /г

'p-Si

=v

толщина слоя нелегированного поликристаллического кремния, /%Ю2 = Л, -

толщина слоя двуокиси кремния, Л — радиус ЧЭ

Все слои рассматриваемой круговой балки однородны, следовательно модуль Юнга Е(г) может принимать следующие значения в зависимости от координаты г Я Я

-при ге

• при z е

- при z е

Я , Я 2 2

Я , Я

Л

модуль Юнга Е(г)=Е

■ ESl = const,

const,

£6;)= £s,o, = const

С учетом представленного выражения, выражение для изгибной жесткости ЧЭ имеет вид

Ч ъ

н_ 2

B = 2nESlR J ^ + ЪiEp_s,R J ^ + 2nESl0R J

н ь

я 2

Результаты вычислений в системе МаАСАО показали, что дополнительно введенный слой нелегированного поликристаллического кремния при повышении жесткости не снижает чувствительности разработанной конструкции ЧЭ по сравнению с аналогом, не имеющим дополнительного слоя, что подтверждается данными экспериментальных исследований.

В третьей главе «Исследование и разработка технологических процессов изготовления чувствительных элементов для микроэлектронных датчиков давления» разработан конструктивно-технологический метод разделения пластин на кристаллы, метод утонения ЧЭ МЭДД путем проведения операции изотропного травления кремния, обеспечивающий минимальную толщину кристалла до 20 мкм

Этапы разработанного технологического маршрута по разделению пластин при изготовлении кремниевых кристаллов поясняются рисунком 4

1 На одной из сторон кремниевой пластины 1 формируются кристаллы 2

2 С непланарной стороны путем изотропного травления утоняются пластины с получением полостей 5, расположенных только под кристаллами Дно полости имеет размеры, ограниченные размерами

кристалла в нижнем значении диапазона и плотностью топологическою размещения кристаллов на пластине в верхнем значении диапазона с одновременным образованием участков жесткости 6

3 Наносится защитная маска 7, обеспечивающая защиту периферийных областей пластины таким образом, что внутренняя конфигурация периферии площади маски совпадает с наружной конфигурацией периферии площади структур на лицевой стороне пластаны

4 Формируется защитное металлическое покрытие 8 с окнами 9, расположенными только над соответствующими границами разделения пластины на кристаллы 10 с учетом бокового подтравливания Окна имеют размер, ограниченный возможностью проведения процесса травления в нижнем значении диапазона и плотностью топологического размещения кристаллов на пластине в верхнем значении диапазона

5 Проводится плазмохимическое травление пластины в участках под окнами 11с последующим разделением ее на кристаллы

Разработанный метод позволяет

— формировать элементы жесткости, равномерно распределенные по всей площади пластины и расположенные под областями вне размещения элементов схемы, что повышает прочность структуры за счет увеличения площади пластины;

— формировать на пластинах диаметром до 125 мм одновременно до нескольких сотен кристаллов, что повышает в 2 5 раз коэффициент их групповой обработки,

— формировать тонкие (в 2 10 раз меньшей толщины, чем исходная пластина) кристаллы, что позволяет повысить их чувствительность,

— повысить процент выхода годных кристаллов на операции разделения (до 98%),

— повысить точность габаритных размеров кристаллов за счет уменьшения примесей попадающих в рабочую зону реактора и отрицательно влияющих на процесс травления Это упрощает процессы сборки кристаллов в корпус датчика и уменьшает погрешность линейности за счет высокой точности центрирования кристалла с корпусом датчика

Разработан метод утонения кристаллов, основанный на изотропном травлении, заключающийся в следующем

После разделения пластины кристаллы фиксируются на любой кремниевой нерабочей пластине планарной стороной с помощью лака ХВ-784 (рис 5,а) После сушки лака проводится операции изотропного динамического травления в травителе состава НБ - 2 мл, НЬЮз — 15 мл, СН3СООН - 5 мл. (рис 5,6) Скорость травления состав ияет значение 4 мкм/мин Через каждые 30 мин проведения процесса происходит замена выработавшегося травителя

3 4

/

б)

8 9 10 9

в)

11 11

Рисунок 4 - Этапы разработанного технологического маршрута изготовления чувствительных элементов МЭДД 1 - кремниевая пластина 2 — области с элементами топологии полупроводниковых приборов (кристаллы), 3 — элементы схемы, 4 - контактная металлизация, 5 — сформированная полость под каждым кристаллом, 6 - участок жесткости, 7, 8 — металлическое покрытие, 9 - окна над соответствующими границами разделения пластины, 10 — кристалл. 11 - участки травления между кристаллами

Размещение кристалла6 на пластине

Чувствительный

а) б)

Рисунок 5 - Фиксация пластины нланарной стороной чувствительных моментов

Глубина травления (Н1р) определяется начальной и конечной (заданной) толщиной ЧЭ Значение Нщ находится в диапазоне от 1 до 600 мкм

При данной концентрации травителя поверхность кремния после изотропного травления содержит минимальное количество дефектов, что повышает время наработки на отказ МЭДЦ в целом за счет уменьшения вероятности излома ЧЭ Уменьшение количества дефектов также приводит к уменьшению погрешности линейности МЭДЦ

Разработанный метод позволяет

- получать кристаллы толщиной до 20 мкм при малой вероятности их разрушения;

- повысить качество рельефа поверхности кристалла (отсутствие дефектов);

- снизить общее время изготовления кристалла на 8 нормо-часов (за счет исключения дополнительных операций по проведению анизотропного травления),

- увеличить выход годных кристаллов на операции утонения (на 5%)

В четвертой главе «Экспериментальные исследования микроэлектронных датчиков давления для информационно-измерительных систем на основе разработанных чувствительных элементов» представлены результаты экспериментальных исследований изготовленных образцов ЧЭ и МЭДЦ, подтвердившие теоретические положения диссертации

Экспериментальные исследования по формированию профилированной мембраны ЧЭ показали, что геометрии образцов, полученные в ходе проведения процесса анизотропного травления, соответствуют критерию, заключающемуся в том, что окончательная форма профилированной мембраны должна соответствовать форме, представленной на рисунке 1.6, разработанным фотошаблонам и не иметь дефектов структуры. Вариант концентрации и температуры травите л я в этом случае — 30% водный раствор КОН при 1 - 96°С.

Исследовались опытные образны МЭДД для ИИС изделий РКТ и АТ, па основе разработанных ЧЭ, л МЭДД-прототипы. Граду про точные характеристики представлены на рисунке 6.

Р, кгс/см2 —*—Пр^штип * ' Новнй МЭДД Рисунок (i - Градуировочные характеристики МЭДД

Определены параметры одного из экспериментальных образцов МЭДД, определяемые требованиями ТЗ, предъявляемыми со стороны изделии РКТ: температурный коэффициент ухода чувствительности а минус 0,0086 %!°С (в диапазоне температур от минус 75 до 250°С): температурный коэффициент ухода начального выходного сигнала [1 — минус 0,0078 %/°С (для прототипа а- минус 0,018 %/°С. Р - минус 0,012 %/°С); основная приведенная погрешность у0 - 0,2 %; сопротивление изоляции при 100 В -/?нз > 10000 МОм; ток утечки при (00 В -/,,= 0,002 мкА.

Разработанные по результатам исследований тнетрултнвно-технологические решения позволяют изготавливать МЭДД С повышенным выходным сигналом 100 мВ, при максимальном давлении (тензочувсгвителыюсть — 2.54 МВ/кгс/см ). по сравнению с прототипами, максимальный выходной сигнал которых - 90 мВ (тензочувствiггелыюсть — 2,2 мВ/кгс/см2), что позволяет создавать И И С с улучшенными метрологическим и харзктери стеками.

Т

Проведенные экспериментальные исследования и анализ метрологических и эксплуатационных характеристик экспериментальных образцов МЭДД на основе разработанных ЧЭ подтвердили теоретические положения диссертации.

В заключении отмечается, что в работе изложены новые научно обоснованные конструктивно-технологические решения по созданию ЧЭ для МЭДД ИИС, внедрение которых позволит создавать датчики давления с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками, существенно повышающими эффективность информационно-измерительных систем изделий авиационной и ракетно-космической техники

В приложениях приведены результаты моделирования ЧЭ МЭДД, технологический маршрут изготовления ЧЭ МЭДД, акгы внедрения результатов диссертации на предприятиях, в учебном процессе

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1 Разработана новая конструкция ЧЭ МЭДД, содержащая сплошной слой нелегированного поликристашшческого кремния толщиной не менее высоты тензорезисторов на пленарной стороне ЧЭ МЭДД, а также изоляционный слой двуокиси кремния, расположенный только под тензорезисторами и коммутационными шинами При этом повышается чувствительность датчика из-за полной передачи деформации мембраны тензорезисторам и снижается дополнительная погрешность датчика из-за уменьшения механических напряжений, возникающих в структуре ЧЭ МЭДД при работе в широком диапазоне температур

2 Разработан конструктивно-технологический метод изготовления ЧЭ МЭДД, заключающийся в создании защитной маски особой формы на поверхности кремниевой пластины, ребер жесткости на непланарной стороне пластины, позволяющий уменьшить основную погрешность, повысить чувствительность и технологичность изготовления МЭДД как элемента ИИС за счет повышения качества границы разделения кристаллов

3 Разработан конструктивно-технологический метод утонения ЧЭ МЭДД путем проведения операции изотропного травления кремния, обеспечивающий уменьшение основной погрешности и повышение чувствительности МЭДД за счет достижения минимальной толщины кристаллов до 20 мкм, повышение процента выхода годных кристаллов (на 5%), повышение технологичности метода (сокращения времени изготовления кристалла на 8 часов, что составляет около 4% общего времени типового технологического процесса изготовления ЧЭ МЭДД) При этом уменьшается погрешность линейности и повышается надежность МЭДД в целом за счет оптимизации режимов операции травления, когда поверхность кристалла не содержит микротрещин, микронеровностей и других дефектов

4 Разработаны конструктивно-технологические решения, позволяющие улучшить характеристики МЭДД за счет оптимизации операций изготовления ЧЭ

5 Разработана методика расчета механических параметров новой конструкции ЧЭ МЭДД

6 На основании полученных обобщений и проведенных теоретических исследований изготовлены и испытаны МЭДД как элементы ИИС Экспериментальные исследования и анализ технических возможностей экспериментальных образцов МЭДД на основе разработанных ЧЭ подтвердили теоретические положения диссертации

7 Работа обеспечивает создание и внедрение новых средств измерения микроэлектронных датчиков давления на основе почупроводниковых чувствительных элементов с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками для информационно-измерительных систем авиационной и ракетно-космической техники

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России

1 Цибизов, П Н Методы и средства функциональной диагностики сенсорных элементов и структур микроэлектронных датчиков / П Н Цибизов, П Г Михайлов, А П Михайлов // Датчики и системы -2005 -№10 - С 9-11

2 Цибизов, П Н Обратные преобразователи микроэлектронных датчиков / П. Н Цибизов, П Г Михайлов, А. П Михайлов // Датчики и системы -2006 -№ 1 -С 48-51

Публикации в других изданиях

3 Цибизов П Н Моделирование сенсорных структур микроэлектронных датчиков /ПН Цибизов, П Г. Михайлов, JI А Маринина // Университетское образование сборник материалов VII Международной научно-методической конференции - Пенза ПДНТП, 2003 -586 с -С 457-459

4 Цибизов, П Н Стабильность датчиков /ПН Цибизов, П Г Михайлов, М Б Богонин // Университетское образование сборник материалов VII Международной научно-методической конференции -Пенза ПДНТП, 2003 -586 с - С 459-461

5 Цибизов, П Н Микромеханика микроэлектронных датчиков / П Н Цибизов, П Г Михайлов, А П Михайлов // Университетское образование сборник материалов VII Международной научно-методической конференции -Пенза ПДНТП,2003 -586с - С 461-462

6 Цибизов, П Н Вопросы обеспечения стабильности датчиков / П. Н Цибизов, П. Г Михайлов, С В Капезин // Надежность и качество

труды Международного симпозиума в 2 ч - Пенза. Изд-во Пенз гос унта, 2003 - С 394-395

7 Цибизов, П H Математическая модель полупроводникового чувствительного элемента микроэлектронного датчика /ПН Цибизов // Информ листок№54-431-03. -Пенза ЦНТИ, 2003

8 Цибизов, П H Моделирование полупроводниковых чувствительных элементов микроэлектронных датчиков /ПН Цибизов, П Г Михайлов // Актуальные проблемы науки и образования труды Международного юбилейного симпозиума . в 2 т - Пенза Информационно-издательский центр ПТУ, 2003 - 2 т - С 233-236

9 Цибизов, П H Формообразующие технологии в микромеханических устройствах /ПН Цибизов, П. Г Михайлов, С В Капезин, Л А Маринина // Университетское образование сборник материалов VIII Международной научно-методической конференции -Пенза ПДНТП,2004 -С 230-232

10 Цибизов, П H Технология формообразования в микромеханике / П H Цибизов, П Г Михайлов, Л А Маринина // Университетское образование сборник материалов VIII Международной научно-методической конференции -Пенза ПДНТП, 2004 -С 232-234

11 Цибизов, П H Лазерные формообразующие технологии / П H Цибизов, П Г Михайлов, С. В Капезин, Л А Маринина // Университетское образование : сборник материалов VIII Международной научно-методической конференции - Пенза ПДНТП, 2004 - С 234-235

12 Цибизов, П H Моделирование датчиков /ПН Цибизов, П Г Михайлов // Проблемы автоматизации и управления в технических системах труды Международной научно-технической конференции -Пенза, 2004 - С 273-275

13 Цибизов, П H Моделирование элементов и структур микроэлектронных сенсоров /ПН Цибизов, П. Г Михайлов // Современные охранные технологии и средства обеспечения комплексной безопасности объектов материалы V Всероссийской научно-технической конференции - Пенза, Заречный, 2004 - С 275-278

14 Цибизов, П H Особенности моделирования микроэлектронных датчиков /ПН Цибизов // ХП Военно-научная конференция Военного университета ВПВО ВС РФ сборник научных материалов в 2 ч -Смоленск Изд-во Военной академии, 2005 - 1 ч - С 94-95

15 Цибизов, П H Повышение стабильности микроэлектронньгх датчиков автономных управляющих систем /ПН Цибизов // XII Военно-научная конференция Военного университета ВПВО ВС РФ • сборник научных материалов в 2 ч - Смоленск Изд-во Военной академии, 2005. -2ч -С 96-97

16 Цибизов, П H Вопросы моделирования структур чувствительных элементов микроэлектронных датчиков /ПН Цибизов //

Информационно-измерительная техника, экология и мониторинг научные труды - Вып. 7 (2005) - M Изд-во ГОУ ВПО МГУЛ, 2005 - С 131-136

17 Цибизов, П H Информационно-измерительная система сбора данных на основе микроэлектронных датчиков /ПН Цибизов // Информационно-измерительное обеспечение полигонных (космодромных) испытаний вооружения и военной техники сборник научных материалов I Научно-технической конференции - Нижний Новгород : Изд-во НПИЦ «Арминт»,2006 -С 163-167

18 Цибизов, П H Полупроводниковый преобразователь давления / П H Цибизов, И H Баринов, С А Козин // Заявка на изобретение 2006104394 Российская Федерация, МПК6 G01L9/04

19 Цибизов, П Н. Методы и элементы управления электрофизическим характеристиками микроэлектронных датчиков / П H Цибизов // Надежность и качество труды Международного симпозиума в2ч -Пенза Изд-воПенз гос ун-та,2006 -1 ч -С 340-341

ЦИБИЗОВ Павел Николаевич

ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ДЛЯ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

Специальности 05 11 14 - технология приборостроения, 05 11 16 - информационно-измерительные и управляющие системы (приборостроение)

Подписано в печать 01 03 07 Формат 60х84'/16 Уел печ л 1,40 Заказ №003859 Тираж 100

Информационно-издательский центр ПТУ Пенза, Красная, 40, т 56-47-33

Введение.

1 Состояние вопроса и задачи исследования. Обзор и сравнение методов улучшения характеристик чувствительных элементов для микроэлектронных датчиков давления информационно-измерительных систем.

1.1. Конструктивные методы улучшения характеристик чувствительных элементов.

1.1.1 Топологические методы.

1.1.2 Схемотехнические методы.

1.1.3 Компенсационный метод.

1.2 Технологические методы улучшения характеристик чувствительных элементов микроэлектронных датчиков давления.

1.2.1 Создание геттерных зон в объеме и на поверхности чувствительного элемента.

1.2.2 Технологические тренировки.

1.2.3 Формообразующее жидкостное травление.

1.2.4 Модификация материалов чувствительных элементов.

Выводы.

2 Разработка конструктивных решений по улучшению характеристик чувствительных элементов микроэлектронных датчиков давления.

2.1 Исследование конструктивных вариантов по улучшению характеристик чувствительных элементов микроэлектронных датчиков давления.

2.2 Исследование влияния структуры чувствительного элемента на механические напряжения.

2.3 Влияние геометрических размеров мезатензорезисторов на их тензочувствительность.

2.4 Разработка методики расчета механических параметров разработанного чувствительного элемента.

2.4.1 Анализ влияния нанослоев на изгибную жесткость чувствительного элемента.

Выводы.

Глава 3 Исследование и разработка технологических процессов изготовления чувствительных элементов для микроэлектронных датчиков давления.

3.1 Анализ и совершенствование технологической операции разделения пластин на кристаллы.

3.2 Разработка нового метода изготовления и разделения пластин на кристаллы.

3.2.1 Плазмохимическое травление.

3.2.2 Жидкостное изотропное травление.

3.3 Анизотропное травление кремния в плоскости (100) как метод управления характеристиками чувствительного элемента микроэлектронных датчиков давления.

3.3.1 Модификация топологии фотошаблона для повышения точности геометрии фигуры травления.

3.3.2 Оптимизация режимов проведения операции анизотропного травления.

Выводы.

4 Экспериментальные исследования микроэлектронных датчиков давления для информационно-измерительных систем на основе разработанных чувствительных элементов.

4. Г Экспериментальные исследования влияния геометрических размеров мезатензорезисторов на их тензочувствительность.

4.2 Экспериментальные исследования по реализации метода разделения чувствительных элементов.

4.2.1 Технологические эксперименты по плазмохимическому травлению кремния на различном технологическом оборудовании.

4.2.2 Отработка режимов сквозного плазмохимического травления кремния.

4.3 Экспериментальные исследования по реализации метода утонения.

4.4 Экспериментальные исследования по формированию профилированной мембраны чувствительного элемента.

4.5 Исследования экспериментальных образцов.

4.5.1 Методика проведения экспериментов.

4.5.2 Результаты исследований экспериментальных образцов микроэлектронных датчиков давления.

4.6 Анализ результатов исследования.

4.6.1 Определение температурных коэффициентов сопротивления тензорезисторов.

4.6.2 Определение температурного ухода начального и максимального выходного сигнала.

4.6.3 Измерение сопротивления изоляции, тока утечки.

Выводы.

Актуальность работы. Технический прогресс науки и техники, внедрение новых и совершенствование существующих космических технологий и аппаратов в значительной степени определяются уровнем развития автоматических и автоматизированных систем управления, контроля и диагностики, а также уровнем технического совершенства их элементов.

Основу любых информационно-измерительных систем (ИИС) управления и контроля составляют датчики, первыми воспринимающие не только информацию об измеряемой механической величине, но и влияние дестабилизирующих физических факторов, сопровождающих эксплуатацию контролируемых объектов.

Анализ задач измерений динамических давлений в ракетно-космической (РКТ) и авиационной технике показал, что датчиковая аппаратура, применяемая для этих целей, подвергается наиболее сосредоточенному и комплексному воздействию дестабилизирующих факторов, таких как: перепады давлений, высокие уровни вибрационных и ударных нагрузок, резкий перепад температур, агрессивные среды.

Непрерывное усложнение создаваемых аппаратов и объектов для длительных орбитальных полетов, высокая насыщенность их специальными техническими системами, системами диагностики и контроля, информационно - измерительными комплексами требуют дальнейшего совершенствования и создания нового поколения датчиковой аппаратуры.

Кроме того, проблема повышения точностных и эксплуатационных характеристик современных датчиков динамических давлений приобретает особую актуальность в связи с широким размахом научных исследований и решением инженерных задач и в других отраслях промышленности: нефтеперерабатывающей, химической, энергетике (включая АЭС), автомобиле- и мотостроении, авиастроении, морском, железнодорожном транспорте и др.

Стремительное развитие технологии микроэлектроники открывает широкие возможности оснащения современных изделий РКТ новыми датчиками давлений: микроэлектронными (МЭДД), являющимися основными элементами систем управления работой двигательных установок и систем контроля их технического состояния на различных этапах эксплуатации, отличающихся воздействием температур от криогенных значений до (500-600) °С, ионизирующих излучений и жестких электромагнитных помех.

Одним из основоположников направления микроэлектронных датчиков является В. И. Ваганов. Продолжили и развили его работы отечественные и зарубежные авторы: В. Л. Кенигсберг, 3. Ю. Готра, В. А. Гридчин, В. В. Грищенко, П. Гравесен, Д. С. Кэмпбелл и др.

Однако известные МЭДД не могут эксплуатироваться при высоких температурах, имеют метрологические характеристики, не удовлетворяющие возросшим требованиям Федерального космического агентства, Министерства обороны в оснащении информационно-измерительных систем наиболее современными, надежными, высокоточными средствами измерений.

Это обусловлено тем, что чувствительные элементы (ЧЭ) известных датчиков имеют низкую тензочувствительность, высокую аддитивную погрешность из-за высоких механических напряжений, обусловленных различием температурных коэффициентов расширения (ТКР) слоев многослойной мембраны. Перечисленные недостатки связаны с несовершенством конструкций и технологии изготовления ЧЭ. Технологические недостатки связаны с низкой точностью разделения кристаллов (границы разделяемых кристаллов содержат дефекты поверхности, обусловленные использованием технологических методов разделения, не обеспечивающих заданные параметры) и низкой технологичностью их изготовления (уменьшение процента выхода годных кристаллов при переходе на технологию с использованием пластин кремния диаметром до 150 мм).

По этим причинам разработка конструктивно-технологических решений ЧЭ МЭДД с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками для информационно-измерительных систем авиационной и ракетно-космической техники, является актуальной научно-технической задачей.

Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка конструктивно-технологических решений чувствительных элементов микроэлектронных датчиков давления с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками для информационно-измерительных систем.

Эта цель достигается решением следующих научных задач:

- анализом и обобщением принципов построения и методов улучшения характеристик МЭДД для ИИС;

- разработкой новой конструкции ЧЭ МЭДД, обеспечивающей улучшенные характеристики датчика в целом;

- разработкой методики расчета механических параметров ЧЭ МЭДД, содержащего новые по сравнению с уже существующими конструктивно-технологические решения (изоляционный слой двуокиси кремния, расположенный только под тензорезисторами и коммутационными шинами, наличие сплошного слоя поликристаллического кремния на планарной поверхности ЧЭ);

- проведением оптимизации конструктивных параметров ЧЭ, обеспечивающих повышение технологичности изготовления и улучшение метрологических характеристик МЭДД как элемента ИИС;

- разработкой новых технологических методов изготовления ЧЭ МЭДД, включающих методы разделения пластины на кристаллы и утонения

ЧЭ МЭДД до значения 20 мкм с целью уменьшения основной погрешности и повышения чувствительности МЭДД;

- изготовление макетных образцов МЭДД как элементов ИИС с использованием разработанной последовательности технологических операций изготовления ЧЭ, проводимой на стандартном микроэлектронном оборудовании;

- проведением экспериментальных исследований изготовленных макетных образцов МЭДД как элементов ИИС с целью определения метрологических и эксплуатационных характеристик.

Методы исследований. При разработке моделей ЧЭ МЭДД давлений использованы основные положения физики твердого тела, применены методы математической физики, теории упругости, прикладной механики. При решении задач по анализу и разработке методов улучшения метрологических и эксплуатационных характеристик ЧЭ МЭДД использованы положения физической химии, кристаллографии, микроэлектроники, технологии изготовления элементов схем, имитационное моделирование на ЭВМ. В экспериментальных исследованиях использованы положения теории измерений, планирования эксперимента. Основные теоретические положения и результаты расчетов подтверждены экспериментальными исследованиями образцов ЧЭ МЭДД.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1 Разработана новая конструкция ЧЭ МЭДД, содержащая сплошной слой нелегированного поликристаллического кремния толщиной не менее высоты тензорезисторов на планарной стороне ЧЭ МЭДД, а также изоляционный слой двуокиси кремния, расположенный только под тензорезисторами и коммутационными шинами, что позволяет повысить чувствительность и уменьшить температурную погрешность МЭДД использующихся в ИИС;

2 Разработана методика расчета механических параметров новой конструкции ЧЭ МЭДД.

3 Разработан конструктивно-технологический метод изготовления ЧЭ МЭДД, заключающийся в создании защитной маски особой формы на поверхности кремниевой пластины, ребер жесткости на непланарной стороне пластины, позволяющий уменьшить основную погрешность, повысить чувствительность и технологичность изготовления МЭДД для ИИС.

4 С целью улучшения метрологических характеристик МЭДД разработан метод утонения ЧЭ МЭДД, основанный на изотропном травлении кремния, позволяющий достигать минимального значения толщины кристаллов 20 мкм. При этом за счет оптимизации режимов операции травления поверхность кристалла не содержит микротрещин, микронеровностей и других дефектов, что уменьшает погрешность линейности и повышает надежность МЭДД в целом.

5 Разработан и реализован технологический процесс изготовления новой конструкции ЧЭ МЭДД с использованием разработанных методов, позволивший осуществить сборку макетных образцов МЭДД как элементов ИИС.

6 Экспериментально исследованы метрологические и эксплуатационные характеристики МЭДД на основе разработанных ЧЭ, подтвердившие основные теоретические положения диссертационных исследований.

Практическая значимость работы. Работа обобщает теоретические и экспериментальные исследования, проведенные автором в Пензенском государственном университете (ПГУ) на кафедре «Приборостроение», и способствует решению актуальной научно-технической задачи создания ЧЭ МЭДД с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками для ИИС авиационной и ракетно-космической техники.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют перейти к проектированию, производству и внедрению ЧЭ МЭДД. Научная и практическая значимость подтверждаются тем, что исследования проводились в рамках работ, финансируемых Федеральным космическим агентством, Федеральным агентством по науке и инновациям.

Реализация результатов работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований автора (в соавторстве) использованы при разработке конструкции и метода изготовления ЧЭ МЭДД; при выполнении договора № 35 от 18.02.05 г. (ОКР «Информационно-измерительная система контроля давления рабочей среды») между ООО НЛП «Пироруглерод» и Пензенского государственного университета; принципы построения ЧЭ МЭДД, варианты топологии и конструкции ЧЭ использованы в лекционном материале и лабораторном практикуме дисциплины «Микромеханические устройства и приборы» кафедры «Приборостроение» ПГУ.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на VII Международной НМК конференции «Университетское образование» (г. Пенза, 2003 г.); Международном симпозиуме «Надежность и качество-2003» (г. Пенза, 2003 г.); XXXII Межвузовской НТК «Актуальные проблемы разработки, испытаний и эксплуатации ракетно-артиллерийских комплексов» (г. Пенза, 2003 г.); VIII Международной НМК конференции «Университетское образование» (г. Пенза, 2004 г.); Международной НТК конференции «Проблемы автоматизации и управления в тех. системах» (г. Пенза, 2004 г.); V Всероссийской НТК «Современные охранные технологии и средства обеспечения комплексной безопасности объектов» (г. Пенза-Заречный, 2004 г.); XII Военно-научной конференции Военного университета ВПВО ВС РФ. (г. Смоленск, 2005); НТК «Информационно-измерительная техника, экология и мониторинг» (г. Москва, 2005 г.); Международном симпозиуме «Надежность и качество-2006» (г. Пенза, 2006 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ, в том числе заявка на изобретение, 2 статьи в центральных изданиях. Без соавторов опубликовано 6 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы, 3 приложений. Основная часть изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 58 рисунков, 15 таблиц. Список литературы содержит 145 наименования. Приложения к диссертации занимают 14 страниц.

Выводы

На основе полученных результатов можно сделать следующие выводы:

1 разработан метод разделения кремниевых пластин на кристаллы путем выбора оптимальных режимов на основе ПХТ, который обеспечивает получение границы разделения с заданными параметрами (граница разделения по краям кристалла не имеет сколов, выступов, трещин и др. дефектов);

2 разработан метод утонения кристаллов после их разделения путем проведения изотропного травления, который обеспечивает достижение минимальной толщины кристалла 20 мкм, с наименьшей вероятностью его разрушения, и с поверхностью, имеющей минимальное количество дислокаций и других дефектов. Для данного метода был разработан состав травителя наиболее адекватный для его осуществления;

3 значение основной погрешности МЭДЦ с разработанным ЧЭ не превышает значения 0,25%, что соответствует требованиям типового ТЗ на датчики давления, используемые в ракетно-космической и авиационной технике;

4 МЭДЦ с разработанными ЧЭ подтвердили свою работоспособность в рабочем диапазоне температур от минус 70 до 250°С;

5 разработанный конструктивно - технологический метод позволяет изготавливать чувствительные элементы для МЭДЦ с повышенным выходным сигналом 100 мВ при максимальном давлении А тензочувствительность - 2,54 мВ / кгс/см ), по сравнению с прототипами, максимальный выходной сигнал которых - 90 мВ (тензочувствительность у

2,2 мВ / кгс/см ), а также снизить их основную погрешность (у0 = 0,2 %) по сравнению с прототипами (у0= 0,34 %);

6 проведенные экспериментальные исследования и анализ метрологических и эксплуатационных характеристик экспериментальных образцов разработанных МЭДЦ, подтвердили большинство теоретических положений диссертации.

1 Разработана новая конструкция ЧЭ МЭДД, содержащая сплошной слой нелегированного поликристаллического кремния толщиной не менее высоты тензорезисторов на планарной стороне ЧЭ МЭДД, а также изоляционный слой двуокиси кремния, расположенный только под тензорезисторами и коммутационными шинами. При этом повышается чувствительность датчика из-за полной передачи деформации мембраны тензорезисторам и снижается дополнительная погрешность датчика из-за уменьшения механических напряжений, возникающих в структуре ЧЭ МЭДД при работе в широком диапазоне температур.

2 Разработан конструктивно-технологический метод изготовления ЧЭ МЭДД, заключающийся в создании защитной маски особой формы на поверхности кремниевой пластины, ребер жесткости на непланарной стороне пластины, позволяющий уменьшить основную погрешность, повысить чувствительность и технологичность изготовления МЭДД как элемента ИИС за счет повышения качества границы разделения кристаллов.

3 Разработан конструктивно-технологический метод утонения ЧЭ МЭДД путем проведения операции изотропного травления кремния, обеспечивающий уменьшение основной погрешности и повышение чувствительности МЭДД за счет достижения минимальной толщины кристаллов до 20 мкм, повышение процента выхода годных кристаллов (на 5%), повышение технологичности метода (сокращения времени изготовления кристалла на 8 часов, что составляет около 4% общего времени типового технологического процесса изготовления ЧЭ МЭДД). При этом уменьшается погрешность линейности и повышается надежность МЭДД в целом за счет оптимизации режимов операции травления, когда поверхность кристалла не содержит микротрещин, микронеровностей и других дефектов.

4 Разработаны конструктивно-технологические решения, позволяющие улучшить характеристики МЭДД за счет оптимизации операций изготовления ЧЭ.

5 Разработана методика расчета механических параметров новой конструкции ЧЭ МЭДД.

6 На основании полученных обобщений и проведенных теоретических исследований изготовлены и испытаны МЭДД как элементы ИИС. Экспериментальные исследования и анализ технических возможностей экспериментальных образцов МЭДД на основе разработанных ЧЭ подтвердили теоретические положения диссертации.

7 Работа обеспечивает создание и внедрение новых средств измерения: микроэлектронных датчиков давления на основе чувствительных элементов с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками для информационно-измерительных систем авиационной и ракетно-космической техники.

Перечень принятых сокращений

AT - авиационная техника. АТР - анизотропное травление. ВАХ - вольтамперная характеристика. ВЧ - высокая частота.

ИИС - информационно-измерительная система. ИТ - ионное травление.

ИСТГ - ионно-стимулированное травление материалов галогенами.

ИГР - изотропное травление.

МН - механические напряжения.

МЭДД - микроэлектронные датчики давления.

ПХО - плазмохимическая очистка.

ПХТ - плазмохимическое травление.

РКТ - ракетно-космическая техника.

ТП - технологический процесс.

ТКР - температурный коэффициент расширения.

ТКС - температурный коэффициент сопротивления.

ТТ - технологические тренировки.

ЧЭ - чувствительный элемент.

ЭДМ- этилендиамин.

ЭТТ - электротоковые тренировки.

ЭФХ - электрофизические характеристики.

1. A.c. (СССР) № 626374 МКИ G Ol L 1/22 Чувствительный элемент преобразователя неэлектрических величин // Михайлов П.Г., Богонин В.В., Матвеев А.К. Опубл. 1978.

2. A.c. (СССР) №605131 МКИ G 01 L 9/04 Тензометрический преобразователь // Михайлов П.Г., Саяпин В.М., Саблин A.B. Опубл. 1978. -Бюл. № 16.

3. A.c. (СССР) №1732199 МКИ G 01 L 9/04,1990.

4. Алейников М.П., Цапенко М.П. Многофункциональные датчики. // Измерение Контроль Автоматизация. -№ 2,1990 с. 50.

5. Андреева JI.E. Упругие элементы приборов. М.: Машиностроение, 1981.391с.

6. Аш Ж. Датчики измерительных систем-М.: Мир, 1992. 480 с.

7. Багурин В.В. Применение анизотропного травления кремния в технике изготовления полупроводниковых приборов // Обзоры по электронной технике. Серия 2. Полупроводниковые приборы, вып. 3,1982.

8. Баранский П.И., Клочков В.П., Потыкевич И.В. Полупроводниковая электроника. Справочник. Наукова думка Киев, 1975. 704 с.

9. Баринов И. Н. Полупроводниковый чувствительный элемент на основе структуры «кремний-на-диэлектрике» для высокотемпературных датчиков давления» // Датчики и системы. 2004. №12. С. 39 42.

10. Баринов И. Н., Козин С. А. Полупроводниковый преобразователь давления// Патент РФ №2271523 от 31.05.04.

11. Богданович Б.Ю. и др. Технологии и методы исследования структур кремний на изоляторе. М.: Ред.изд. отдел МИЭТ, 2004. 288 с.

12. Боуг Р.У. Роль материалов в современной сенсорной технике // Датчики и системы № 9, 2003. - С. - 40-49.

13. Броудай И. Мерей Дж. Физические основы микротехнологий пер. с англ.- М.: Мир, 1988. 494 с.

14. Бронштейн И.Н., Семендяев КА Справочник по математике. М.: Наука, 1980.-975 с.

15. Бубенников А.Н. Моделирование интегральных микротехнологий, приборов и схем М.: Высшая школа, 1989.

16. Вавилов В. Д. Интегральные датчики. Н. Новгород: НГТУ, 2003.503 с.

17. Вавилов В. Д. Схемотехника интегральных датчиков. Н. Новгород: НГТУ, 1999. - 78 с.

18. Ваганов В.И. Интегральные преобразователи. М.: Энергоатомиздат, 1983.

19. Васильев В. А. Микросистемная техника, материалы, технологии, элементная база // Электронные компоненты, № 4,2004.- С. 3-11.

20. Васильев В. А. Уменьшение влияния дестабилизирующих факторов на информативный сигнал датчиков // Датчики и системы. 2002. - № 4.-С. 12-15.

21. Викулин Н.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов М.: Радио и связь, 1990. 264 с.

22. Возьмилова Л.Н., Бойкив М.М. Локальное травление кремния // Электронная техника. Сер. 2,1976, вып. 2, С. 93-97.

23. Гордов А.Н. Основы температурных измерений. М.: Энергоатомиздат, 1992.

24. ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхности. Параметры характеристики.

25. ГОСТ Р 51086-97 Датчики и преобразователи физических величин электронные. Термины и определения. Госстандарт России ИПК Издательство стандартов, 1997.

26. ГОСТ Р ИСО 9000 2001 Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь. Госстандарт России ИПС Издательство стандартов, 2001.

27. ГСП. ГОСТ 22520-85. Датчики давления, разряжения и разности давлений с электрическими аналоговыми выходными сигналами.

28. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств. Справочник -М.: Радио и связь, 1991.

29. Гош. Дж. Повышение рабочих температур кремниевых датчиков -Электроника, 1982, т.55, №9. С. 16-17.

30. Гридчин В.А. Драгунов В.П. Физика микросистем Новосибирск, 2004.-416 с.

31. Гридчин В.А., Головко В.П. Интегральный тензопреобразователь мембранного типа с поликремниевыми тензорезисторами // тез. докл. всесоюзн. конф. «Датчики на основе технологии микроэлектроники» М.: МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского 1986. С. 62.

32. Гурский Л.И. Структура, топология и свойства пленочных резисторов/ Л.И. Гурский, В.А. Зеленин, А.П. Жебин-Минск: Наука и техника, 1988.

33. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л.: Энергия 1980 247с.

34. Датчики теплофизических и механических параметров. Справочник под ред. Багдатьева Е.Е., Гориша A.B., Малкова Я.В. в 2-х томах. М.: ИПРЖР, 1998.

35. Дручин B.C., Кулагин С.И., Решетило А.П. Термодиффузионные коммутационные слои интегральных тензопреобразователей // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ОВР. Вып. 3. - 1988.

36. Дубовой Н.Д. Автоматические многофункциональные измерительные преобразователи. М.: Радио и связь. 1989. - 256 с.

37. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. М.: Высшая школа. 1986.

38. Залогин Н.Ф. Оценка качества и технического уровня микроэлектронных устройств //Электронная техника сер. 3 Микроэлектроника, вып. 4,1991. С.42.

39. Запорожченко М.В. Резистивная компенсация датчиков неэлектрических величин // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО, вып. 1 , 1985. С. 87.

40. Зимин В.Н. Кремниевые датчики физических величин / В.Н. Зимин, H.A. Шелепин // Электронная промышленность № 2,1994.

41. Зимин В. Н. Микроэлектронные чувствительные элементы давления итензомодули/ В.Н. Зимин,Н. JI. Данилова,В.В.Панков,Е. В. Подволоцкая // Датчики и системы. 1999. № 2. С. 55-59.

42. Зотов В.Д. Полупроводниковые многофункциональные сенсоры (Z-сенсоры) // Датчики и системы № 11, 1999.

43. Каталог датчиков фирмы Motorola (США).

44. Каталог фирмы "Endevco" (США).

45. Кейджян Г.А. Основы обеспечения качества микроэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь, 1991.

46. Киреев В.Ю. Плазмо-химическое и ионно-химическое травление микроструктур. М.: Радио и связь, 1985.

47. Ковалевский A.A., Колешко В.М., Лапицкий Е.И. Влияние добавок РЗЭ на свойства поликристаллических пленок кремния // Электронная техника сер. 3, вып. 5.1984. С. 77.

48. Козлов В.А. О деформациях в термически окисленном кремнии / В.А.Козлов, К.Н. Раков // Электронная Техника. Сер. Микроэлектроника, 1972, вып. 8.

49. Колешко В.М., Ковалевский A.A. Поликристаллические пленки полупроводников в микроэлектронике. Минск: Наука и техника, 1978. - 344 с.

50. Конструирование и расчет БГИС, микросборок и аппаратуры на их основе / под ред. Высоцкого Б.Ф.-М.: Радио и связь, 1981.

51. Концевой Ю.А., Литвинов Ю.М., Фаттахов Э.А. Пластичность и прочность полупроводниковых материалов и структур. М.: Радио и связь, 1982.-240с.

52. Корляков A.B., Костромин В.В., Лучинин В.В. Датчик давления на основе SiC для экстремальных условий эксплуатации. // Известия ТЭТУ. Сб. науч. трудов. Перспективные материалы и приборы для оптоэлектроники и сенсорики. 1998. Вып. 517, С. 115-119

53. Кравченко В. М., Будько М. С. Современное состояние КНД-технологии // Научно-технический сборник обзоров «зарубежная электронная техника. 1989. №9. С. 3-54.

54. Лехницкий С.Г. Анизотропные пластинки. М.:ГИ ТЕЛ, 1947

55. Люлин Б.Н. Состояние и перспективы развития датчиков физических и химических величин / Б.Н. Люлин, В.В. Новиков // Датчики и системы № 6 2004. С. 22-26.

56. Макги Дж., Хендерсон М.А., Синдхем П. Наука о сенсорах основа измерительной техники и приборостроения // Приборы и системы управления № 1-1996, С. 41.

57. Матвейкив М.Д., Волоский И.Т. Исследование механических напряжений в алюминиевых пленках // Микроэлектроника сер. 3, вып. 2,1984.

58. Материалы микроэлектронной техники / под ред. В.М. Андреева. М.: Радио и связь, 1989. - 350 с.

59. Матрица цифровых сенсоров электронная система сканирования параметров давления следующего поколения /Контрольно-измерительная техника. Окт. 1997, С. 13-14.

60. Митрофанов О.В. Физические основы функционирования изделий микроэлектроники / О.В. Митрофанов, Б.И. Симонов, Л.А. Коледов-М.: Высшая школа, 1987.

61. Михайлов П.Г. Стабильность микроэлектронных датчиков и технологий (монография). Пенза: Iii У, 2003. - 231 с.

62. Михайлов П.Г., Белоусов Е.Ф. Микроэлектронные датчики. Проектирование, изготовление, диагностика. Учебное пособие. Пенза 111 У, 2001.-87 с.

63. Михайлов П.Г. Микроэлектронные датчики: вопросы разработки // Микросистемная техника. 2003. № 1. С. 4-7.

64. Михайлов П.Г. Управление свойствами материалов сенсорных элементов микроэлектронных датчиков // Микросистемная техника. 2003, № 5. С. 7-11.

65. Михайлов П.Г. Формообразующие процессы создания микромеханических устройств // Микросистемная техника 2003, № 7. - С. 1013.

66. Михайлов П.Г., Богонин М.Б., Михайлов А.П. Материалы микроэлектронных датчиков // Новые промышленные технологии 2003, № 3. С. 19-21.

67. Михайлов П.Г Модификация материалов микроэлектронных датчиков // Новые промышленные технологии.-2003, № 6. С. 15-18.

68. Модификация и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными потоками / Пер. с англ. под ред. Дж. Поути. М.: Машиностроение, 1987.

69. Моррисон С. Химическая физика поверхности твердого тела-М.: Мир, 1980.

70. Мямлин В.А., Плесков Ю.В. Электрохимия полупроводников. М.: Наука, 1965.-338 с.

71. Най Дж. Физические свойства кристаллов и их описание при помощи тензоров и матриц. М.: Мир, 1967.

72. Некрасов М.М. Испытания элементов радиоэлектронной аппаратуры.-Киев.: Вища школа, 1981.

73. Никифиорова-Денисова С.Н. Механическая и химическая обработка. Уч. пособие. М.: Высшая шк., 1989. - 95 с.

74. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешности результатов измерений. JL: Энергоатомиздат, 1991.

75. Новицкий П.В. Основы информационной теории измерительных устройств. JL: Энергия, 1968.

76. Носов Ю.Р., Петросян К.О., Шилин В.А. Математические модели элементов интегральной электроники. М.: Советское радио 304 с.

77. ОСТ 92-1729-88. Элементы чувствительные полупроводниковые преобразователей механических величин. Общие требования к типовым технологическим процессам изготовления.

78. Пасынков В.В., Сорокин B.C. Материалы электронной техники, 2ое издание. М.: Высшая школа, 1986. - 367 с.

79. Палатник JI. С., Сорокин В. К. Материаловедение в микроэлектронике. М.: Энергия, 1978.-280 с.

80. Патент США № 4400869, кл. Н 01 L 21/225,1984.

81. Петерсен К.Э. Кремний как механический материал. // ТИИР № 5, 1982, С. 5-49.

82. Пикус Г.Е. Основы теории полупроводниковых приборов. М.: Наука 1965.- 448с.

83. Плазменная технология в производстве СБИС / под ред. Н. Айнспрука и Д. Брауна, пер. с англ. М.: Мир. 1987.

84. Поликристаллические полупроводники. Физические свойства и применение / под ред. Г. Харбеке -М.: Мир. 1989.

85. Полупроводники на основе титаната бария. Пер. с яп. / Под ред. К. Окадзаки.-М.: Энергоиздат, 1982. 328 с.

86. Полякова A.A. Деформация полупроводников и полупроводниковых приборов-М.: Энергия, 1979.

87. Полянин К.П. Интегральные стабилизаторы напряжения. М.: Энергия, 1979. - 190 с.

88. Проектирование датчиков для измерения механических величин / под ред. Е.П. Осадчего М. Машиностроение, 1979.

89. Пятышев E.H. Микротехнологии: от микроэлектроники к микросистемной технике / E.H. Пятышев, М.С. Лурье // Датчики и системы № 6. 2001.

90. Распопов В .Я. Микромеханические приборы. Учебное пособие. Тул. Госуниверситет. Тула 2002. 392 с.

91. РМГ 29-99 Рекомендации по межгосударственной стандартизации. Государственная система обеспечения единства измерения. Метрология. Основные термины и определения. Минск: ИПК Издательство стандартов, 2000.

92. Россадо JI. Физическая электроника и микроэлектроника. М. Высшая школа 1991. -351с.

93. Сангал К. Травление кристаллов. Теория, эксперимент, применение. М.: Мир, 1990.

94. Сергеев В.В., Кузнецов О.А., Захаров Н.П., Летагин В.А. Напряжения и деформации в элементах микросхем. М.: Радио и связь, 1988. 88 с.

95. Соколов JI.B., Школьников В.М. Интегральный мультисенсор давления-температуры с оптимизированной трехмерной микромеханической структурой и топологией на базе созданных матричных кристаллов // Микросистемная техника 2003, № 3. С. 3-6.

96. Соколов JI.B. Основы исследования и разработки в области сенсорных МЭМС устройств // SENSOR & SYSTEMS 1999, № 3. С. 58.

97. Технология тонких пленок / Справочник в 2-х томах под ред. Мейсэла, т.1. М.: Мир, 1972.

98. Тимошенков С.П. и др. Влияние пор и нанослоев на изгибную жесткость подвеса кремниевого ЧЭ МЭМС //Нано и микросистемная техника №7,2006, С. 13-16.

99. Травление полупроводников /Сб. статей. Пер. с англ. С.Н. Горина. -М.: Мир, 1965.-382с.

100. Уэлт Ч, Томсон П. Физика твердого тела пер. с англ. М.: Мир, 1969.

101. Феликсон Е.И. Упругие элементы сил ©измерительных приборов М.: Машиностроение, 1977.

102. Филимонов П.А. Исследование температурных полей в первичных измерительных преобразователях на основе кварцевых подогревных резисторов с локализацией энергии // В сб. «Электронные измерительные устройства и системы»-М.: Энергоатомиздат, 1984.

103. Хорна О. Тензометрические мосты. М., JI. Государственное энергетическое издательство, 1962.

104. Цибизов П. Н., Баринов И. Н., Козин С. А. Полупроводниковый преобразователь давления // Заявка на изобретение 2006104394 Российская Федерация, МПК6 G01L9/04.

105. Цибизов П.Н., Михайлов П.Г., Богонин М.Б. Стабильность датчиков // Университетское образование: Материалы VII Международной научн. мет. конф. 10-11 апреля 2003.-Пенза: ПДНТП, 2003. С. 459-461.

106. Цибизов П.Н., Михайлов П.Г., Маринина JI.A. Моделирование сенсорных структур микроэлектронных датчиков // Университетское образование: Материалы VII Международной науч. мет. конф. 10-11 апреля 2003 .-Пенза: ПДНТП, 2003. С. 457-459.

107. Цибизов П.Н. Математическая модель полупроводникового чувствительного элемента микроэлектронного датчика // Информ. листок №54-431-03: -Пенза: ЦНТИ, 2003.

108. Цибизов П.Н., Михайлов П.Г., Маринина JI.A. Технология формообразования в микромеханике // Университетское образование: Материалы VIII Международной науч. мет. конф. МКУО-2004,15-16 апреля 2004,-Пенза: ПДНТП, 2004. С. 232.

109. Цибизов П.Н., Михайлов П.Г., Михайлов А.П. Микромеханика микроэлектронных датчиков // Университетское образование: Материалы VII Международной науч. мет. конф. 10-11 апреля 2003.-Пенза: ПДНТП, 2003. С. 461-462.

110. Цибизов П.Н., Михайлов П.Г. Михайлов А.П. Моделирование датчиков // Сб. матер, трудов МНТК «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» Пенза-2004.

111. Цибизов П.Н., Михайлов П.Г. Моделирование элементов и структур микроэлектронных сенсоров // Сб матер. 5 Всеросс. НПК «Современные охранные технологии обеспечения комплексной безопасности объектов», Пенза -Заречный, 2004.

112. Цибизов П.Н., Михайлов П.Г. Михайлов А.П. Методы и средства функциональной диагностики сенсорных элементов и структур микроэлектронных датчиков // Датчики и системы 2005, № 10. С. 9-11.

113. Цибизов П.Н. Методы и элементы управления электрофизическим характеристиками микроэлектронных датчиков // Надежность и качество: Тр. Межд. симп.: В 2 ч. Пенза: Изд-во ПТУ, 2006. - Ч. 1. - 650 с. - С. 340-341.

114. Цибизов П.Н. Особенности моделировании микроэлектронных датчиков // XII Военно-научная конференция Военного университета ВПВО ВС РФ.: Сб. научных материалов.: В 2 ч. Смоленск: Изд-во Военной академии, 2005,4.1. С. 94-95.

115. Цибизов П.Н. Повышение стабильности микроэлектронных датчиков автономных управляющих систем // XII Военно-научная конференция Военного университета ВПВО ВС РФ.: Сб. научных материалов.: В 2 ч. Смоленск: Изд-во Военной академии, 2005, 4.2. С. 96-97.

116. Цибизов П.Н., Михайлов П.Г. Обратные преобразователи микроэлектронных датчиков // Датчики и системы 2006 № 1.

117. Цибизов П.Н. Вопросы моделирования структур чувствительных элементов микроэлектронных датчиков // Информационно-измерительная техника, экология и мониторинг: Науч. тр. Вып. 7(2005). - Москва: Изд-во ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. - 440 с. - С. 131-136.

118. Цибизов П.Н. Моделирование микроэлектронных датчиков давления // Актуальные проблемы разработки, испытаний и эксплуатации ракетно-артиллерийских комплексов: Сб. материалов XXXII Межвуз. Научно-технической конф. Пенза: Изд-во ПАИИ, 2003. - С. 117.

119. Чернышов A.A. Основы надежности полупроводниковых приборов и интегральных схем М.: Радио и связь, 1988.

120. Черняев В.Н. Физико-химические процессы в технологии РЭА. М.: Высшая школа, 1987. - 375 с.

121. Шаскальская М.П. Кристаллография. М.: Высшая школа, 1976.

122. Шелепин Н. А. Основные принципы создания SPICE-моделей микроэлектромеханических систем // Микросистемная техника, № 9. 2004.

123. Эдельман Ф.Л. Структура компонентов БИС Новосибирск: Наука,1980.

124. Эрлер В. Вальтер JI. Электрические измерения неэлектрических величин полупроводниковыми резисторами. М.: Мир, 1974.

125. A.G.R. Evans and Р.Н. French. Polycrystalline silicon strain sensors // Sensors and Actuators, 4 (1985) 219.

126. An-S. Chu, S. H. Zaidi, and S. R. J. Brueck, "Fabrication and Raman Scattering Studies of One-Dimensional Nanometer Structures in (110) Silicon", Appl. Phys. Let. 63 (7), 905 (1999).

127. Arbab, A., Spetz, A., Lundtrom, I. "Uvaluation of Gas Mixtures withHigh-Temperature Gas Sensors Based on Silicon Carbide", Journal of Sensors and Actuators B. Vol. 18-19,1994, pp. 562-565.

128. Campbell, D.S., "Mechanical Properties of Thin Films," in Handbook of thin Film technology, Maissel, L.I. and R.G., Eds., McGraw-Hill, New York, 1970.

129. Declerg M.J., Gerzberg L., Meindl J.D. Optimization of the hydrazine-water solution for anisotropic etching of silicon in integrated circuit technology. J. Electrochem. Soc., 1975, v. 122, N4, p. 545-552.

130. Gravesen, P., "Silicon Sensors," Status report for the industrial engineering thesis, DTH Lyngby, Denmark, 1986.

131. Hirata M., Suzuko K., Tanigama H. Silicon Diaphragm Presure Sensors fabricated by anodic oxidation etch-stop, Sensors and Actuators V.13, №1,1988, p.63.

132. Irvin J.CS Solid-Steate Electronics, 11, 599 (1968).

133. Lee D. В. Anisotropic Etching of Silicon // Journal of Applied Physics 1969, V40, №11, p. 4569-4572.

134. Pfan W.G and Thurston R.N. Semiconductoring Stress Transducers Utilizing the Trensvers and Shear Piezoresistive Effects. "Journal of Applied Physics", vol. 32, № 10,1961, pp. 2008-2019.

135. Peeters E., "Process Development for 3D Silicon Microstructures, with Application to Mechanical Sensor Design," Ph.D. thesis, Catholic University of Louvain, Belgium, 1994.

136. Proce J.B. Anisotropic etching of silicon with K0H-H20- isopropyl alcochol. -Electrochem. Soc., Semicond. Silicon, 1973, p. 339.

137. SAE Techn.Par.Ser, 1986, № 860473, p. 71-77: Экспресс-информация ИПиС, №9,1987.

138. Seidel П., Csepregi L. Heuerberger A. and Baumganel H. 1990 Anisitropicetching of crystalline silicon in alkaline solution // J. Electrochem. Soc. 137. pp. 3612-3625.

139. Smith C. S. Piezoresistance Effect in Germanium and Silicon. -"Physical Review", vol. April 1954, pp. 42-49.

140. Stephen C. Jacobsen, David L. Wells, Clark C. Davis, John E. Wood.Fabrication of Micro-Structures Using Non-Planar Lithography (NPL) //Proceeding of 1991 IEEE Micro Electro Mechanical Systems. Nara. Japan. Jan.1991. pp. 45-50.

141. Takanashi K. Sensor Materials for the Future: Intelligent Materials /Sensors and Actuators V 13 № 1,1988.145 www.mass.micro.uiuc.edu/research/completed/aces/pages/download.html.

142. Результаты реализации методики расчета чувствительного элемента

143. Исходные данные для расчета зависимости изгибной жесткости В от толщины слоя р-Э! (Ь2)1. СЫН)'6

144. Толщины слоев, мкм Модули упругости, ГПа-6

145. М := 0.4-10 Ю := 70л Н := 12Ю Я := 800 Н1. В(Ь2):=г-я-и1. Е1

146. Е1 := 200 Е2:= 150 Е3:= 75и1 + ь2 + ьз"|3 /'ы + ьг + ьз431. Е2

147. Ы + Ь2 + Ь3 у + Г 1)1 + ю + ИЗы- из610 ' р- Б!

148. Исходные данные для расчета зависимости изгибной жесткости В от толщины слоя ЭЮ2 (Ь2) (для варианта без слоя р-ЭО

149. С!:= 10~ 6 Толщины слоев, мкм1. ИЗ := га Н:= 121-С1 800 Н1. Модули упругости, ГПа1. Е1 := 200 Е3:= 751. В(Ы):=2.я-Я1. Е1ы + ьзУ Гы + изч3 ы--+3102101. В(Ы)

150. Результаты моделирования чувствительного элемента с профилированноймембраной с жестким центром

151. Содержание их,иуда ЕХ,ЕУ,Ег; 8Х,8У,82;

152. Тип анализа: трехмерный статический структурный анализ

153. Тип элемента: трехмерный 20-ти узловой структурный элемент (80ЬШ95)

154. Используемый макрос: шетЬ2.шас

155. Свойства материала Геометрические Нагрузкисв-ва

156. Ортотропный кремний 110.: 4000 мкм2000 мкм р1= 1.6 кг/см

157. ЕХ=169.00е9 ШХУ=0.062194 6ХУ=50.849е9 Ы= 20 мкм р2= 2.5 кг/см2

158. ЕУ=169.00е9 N11X2=0.278510 ОХг=79.554е9 Ь2= 23 мкм рЗ= 6 кг/см2

159. Ег-130.02е9 ШУг=0.278510 ОУг=79.554е9 Ь3= 30 мкм р4= 10 кг/см21. Ь4= 50 мкм р5= 40 кг/см21. Ь5= 70 мкм р6= 100 кг/см21. Ь6=110 мкм р7= 160 кг/см21. Ь7=150 мкм

160. Давление: 1.6 кг/см2 = 156960 Па, толщина мембраны: 20 мкм)1. Вариант 2

161. Давление: 2.5 кг/см2 = 245250 Па, толщина мембраны: 23 мкм)

162. Давление: 6.0 кг/см2 = 588600 Па, толщина мембраны: 30 мкм) Вариант4

163. Давление: 10.0 кг/см2 = 981000 Па, толщина мембраны: 50 мкм)4Е+080001 0.0012 0.0014 0.00164Е+08

164. Расстояние от центра ЧЭ, м

165. Давление: 40.0 кг/см2 = 3924000 Па, толщина мембраны: 40 мкм)1. Вариант б4.0Е+083.0Е+082.0Е+085 X1.0Е+08а с0.0Е+00-1.0Е+085-2.0Е+08 г-3.0Е+08-4.0Е+030001 0.0012 0.0014 0.0016

166. Расстояние от центра ЧЭ, м

167. Давление: 100.0 кг/см2 = 9810000 Па, толщина мембраны: 110 мкм)4Е+081. ЗЕ+08га5 2Е+08 к1. X X1Е+086с га1. ОЕ+ООо Xо -1Е+08о