автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Разработка конструктивно-технологических методов производства кремниевых чувствительных элементов давления с повышенной стойкостью к перегрузкам

На правах рукописи УДК 531 787 8

УШКОВ АЛЕКСАНДР ВИКТОРОВИЧ

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРОИЗВОДСТВА КРЕМНИЕВЫХ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДАВЛЕНИЯ С ПОВЫШЕННОЙ СТОЙКОСТЬЮ К ПЕРЕГРУЗКАМ

Специальность 05 27 06 - Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ООЗ169233

« ^ ьч» м I

Москва, 2008

003169233

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете им Н.Э. Баумана и во Всероссийском научно-исследовательском институте автоматики им Н Л Духова

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Рябов Владимир Тимофеевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Слепцов Владимир Владимирович

кандидат технических наук, доцент Рубцов Иван Николаевич

Ведущая организация. НПК «Технологический центр» МИЭТ

Защита состоится « _ 2008 г на заседании

диссертационного совета Д212 141 18 в Московском государственном техническом университете им. Н Э Баумана по адресу 105005, Москва, 2-я Бауманская ул , д 5

Телефон для справок (495) 267-09-63

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им Н.Э. Баумана

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью учреждения, просим направить по указанному адресу.

Автореферат разослан «

3D .» ÓL 2008 г

Учёный секретарь диссертационного совета доктор технических наук,

доцент I Л\ П П' ? Цветков Юрий Борисович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Давление входит в качестве одной из переменных величин в описание явлений, связанных с поведением жидких или газообразных сред Данные о давлении сжатого воздуха, газа, пара, масла или других жидкостей определяют надлежащее функционирование машин и механизмов Первичным звеном микроэлектронных систем контроля и управления технологическими процессами, поставляющим данные о давлении рабочей среды, являются датчики давления с электрическим выходным сигналом К таким датчикам предъявляются жесткие требования- высокая точность, долговременная стабильность, миниатюрность, механическая прочность, надежность, возможность сопряжения с микроэлектронными преобразователями сигналов, большинство из которых определяется параметрами первичного преобразователя давления - сердца датчика В наибольшей степени эти показатели характерны для кремниевых чувствительных элементов (ЧЭ), создаваемых на основе технологии микроэлектроники При изготовлении ЧЭ из монокристаллического кремния удается получить уникальные параметры изделий В их число входят конструктивная и технологическая простота, малые габариты и масса, высокая прочность, идеальная упругая характеристика, большой срок службы, стабильность электрофизических характеристик в течение длительного времени, высокие пьезорезистивные свойства кремния

Большой вклад в развитие теории и технологии полупроводниковых преобразователей давления внесен советскими и российскими учеными Осадчим Е П , Чистяковым Ю Д, Вагановым В И , Олеском А С , Гридчи-ным В А , Стучебниковым В М , Чаплыгиным Ю А , Лучининым В В , Мальцевым П П и другими

Несмотря на большое количество работ, посвященных исследованиям первичных преобразователей давления, ряд вопросов остается невыясненным Это, прежде всего, касается разработки технологий защиты чувствительных элементов от разрушения при воздействии перегрузок, выявления конструктивно-технологических факторов, влияющих на их нагрузочную способность и метрологические характеристики, исследования способов увеличения чувствительности первичных тензопреобразователей при измерении малых давлений Не до конца изучены технологические вопросы формирования

кремниевых мембран с концентраторами напряжений для создания приборного ряда преобразователей Известные методы угловой компенсации не позволяют получать сверхтонкие мембраны с прямоугольной конфигурацией жесткого центра (ЖЦ)

Целью работы является разработка, теоретическое и экспериментальное обоснование конструктивно-технологических методов производства параметрического ряда кремниевых чувствительных элементов давления с повышенной стойкостью к перегрузкам

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи. 1 Исследовать конструктивные и технологические факторы, влияющие на нагрузочную способность кремниевых мембран 2. Разработать научные основы проектирования и изготовления чувствительных элементов давления со встроенной защитой от разрушения при воздействии перегрузок

3 Исследовать технологические причины возникновения нелинейности преобразовательной характеристики чувствительного элемента и выявить пути их устранения

4 Исследовать и реализовать конструктивно-технологические способы повышения чувствительности первичных преобразователей для измерения малых давлений

5. Разработать технологические приемы и методику защиты внешних углов концентраторов напряжений при изготовлении кремниевых мембран в широком диапазоне толщин Методы исследований

Теоретические исследования проводились на основе теории пьезорези-стивного эффекта в полупроводниках, сопротивления материалов, математического анализа Экспериментальные исследования осуществлялись на специализированных стендах с использованием прецизионных средств измерений, обработка результатов велась с помощью теории вероятностей и математической статистики

В ходе исследований применялись расчеты напряженно-деформированного состояния кремниевых кристаллов с использованием компьютерных программных пакетов Регистрация процесса анизотропного травления осуществлялась с применением современной цифровой фототехники 2

Научная новизна

1 Установлена взаимосвязь нагрузочной способности мембраны чувствительного элемента с величиной стопорного углубления, позволяющая рассчитать номинальный размер углубления и технологические допуски на него

2 Аналитически установлено и экспериментально на модели и натурных образцах чувствительных элементов подтверждено, что технологический подтрав жесткого центра приводит к асимметрии чувствительности тензорезисторов и является основной причиной нелинейности преобразовательной характеристики ЧЭ

3. Разработана методика многоступенчатой защиты внешних углов концентраторов напряжений, позволяющая изготавливать кремниевые мембраны в широком диапазоне отношений ширины их рабочей области к толщине

Практическая ценность работы

1 Разработаны конструктивно-технологические методы производства кремниевых чувствительных элементов со встроенной защитой от разрушения при перегрузках на давления от сотен паскалей до десятков и сотен мегапаскалей

2. Получены зависимости, позволяющие минимизировать нелинейность преобразовательной характеристики тензопреобразователя на этапах проектирования и разработки технологии его изготовления

3. Разработаны и практически реализованы методика и технология многоступенчатой защиты внешних углов при анизотропном травлении кремния на глубину до 450 мкм и более

Реализация результатов

Результаты, полученные в данной работе, использованы при разработке приборного ряда датчиков давления нового поколения во ФГУГТ ВНИИА им Н Л Духова (г Москва) Получен акт о внедрении

Основные положения и результаты, выносимые на защиту

1 Технология изготовления и методика проектирования параметрического ряда кремниевых чувствительных элементов давления с повышенной стойкостью к перегрузкам

2 Конструктивно-технологические методы производства тензопреобра-зователей для измерения давлений в диапазонах, в десятки раз превышающих номинальный

3 Методика расчета нелинейности преобразовательной характеристики ЧЭ, позволяющая минимизировать погрешность нелинейности на стадиях проектирования первичного тензопреобразователя и разработки технологии его изготовления

4 Методика и технология многоступенчатой защиты внешних углов концентраторов напряжений для производства кремниевых мембран в широком диапазоне отношений ширины их рабочей области к толщине

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры МТ-11 "Электронные технологии в машиностроении" МГТУ им НЭ Баумана, на научно-технической конференции молодых ученых "ВНИИА 2006" (ВНИИА им Н Л Духова, г Москва, октябрь 2006), на 5-й и 6-й научно-технических конференциях "Молодежь в науке" (РФЯЦ ВНИИЭФ, г Саров, ноябрь 2006, ноябрь 2007)

Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 10 печатных работах

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов по работе, библиографического списка использованной литературы из 124 наименований и изложена на 160 страницах машинописного текста, включает 47 рисунков и 15 таблиц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, определена цель и поставлены задачи работы, сформулированы научная новизна, практическая ценность и основные положения, выносимые на защиту

В первой главе проанализированы данные из литературных и патентных источников, касающиеся вопросов разработки и технологии изготовления первичных преобразователей давления в электрический сигнал Представлен обзор основных способов преобразования, реализованных к настоящему времени с помощью методов микроэлектроники емкостного, вибрационно-частотного и тензорезистивного Для тензорезистивных ЧЭ отражены этапы их развития, особое внимание уделено современному состоянию разработок в области технологий защиты от разрушения при воздействии перегрузок и измерения 4

малых давлений Установлено, что в большинстве датчиков абсолютного и избыточного давления защита ЧЭ от перегрузок, как правило, не предусмотрена, а противоперегрузочные устройства, применяемые в датчиках разности давлений, обладают рядом недостатков Кроме того, анализ конструктивно-технологических решений в области измерения малых давлений показал, что современные датчики с верхним пределом измерений 100 6300 Па характеризуются существенной материало- и трудоемкостью изготовления, низкой технологичностью производства В связи с этим разработка кремниевого ЧЭ с повышенной стойкостью к перегрузкам, в том числе для измерения давлений менее 6,3 кПа, позволит улучшить точностные и эксплуатационные характеристики, упростить конструкцию и технологию изготовления датчиков давления, снизить себестоимость их изготовления

Установлено, что до конца не решена задача расчета составляющих погрешности нелинейности чувствительного элемента с прямоугольной мембраной Получение соответствующих аналитических зависимостей, а также исследование влияния различных технологических факторов, в частности степени подтрава жесткого центра, на линейность преобразовательной характеристики, позволит минимизировать указанную погрешность на стадиях разработки конструкции и технологии изготовления ЧЭ

Представлено современное состояние технологий микропрофилирования кремния для получения мембран первичных тензопреобразователей различной конфигурации и толщины Проанализированы известные способы защиты выпуклых углов от подтравливания при анизотропном травлении Выявлено, что накопленные к настоящему времени данные не позволяют получать сверхтонкие мембраны с прямоугольной конфигурацией жесткого центра

Вторая глава посвящена исследованию нагрузочной способности кремниевых мембран и разработке чувствительного элемента с повышенной стойкостью к перегрузкам Исследования макетов тензомодулей с ограничителем рабочего хода мембраны показали, что введение в конструкцию ЧЭ упора позволяет повысить стойкость мембраны к перегрузкам до 150 170 раз по отношению к номинальному давлению Разработан ЧЭ с защитой от перегрузок (рис 1), в котором ограничение прогиба мембраны реализовано посредством стопорного углубления в основании либо за счет утонения жесткого центра Представлены технологические методы формирования таких углублений Показано, что по сравнению с микропрофилированием стекла

5

способ получения стопорного углубления в кремниевом кристалле методом плазмохимического травления технологически более прост и эффективен и позволяет добиться большего процента выхода годных без ухудшения характеристик тензопреобразователей

А А А

А А А А А

* ^ * , А А

А ,А , А

А А

А •/• А

изб

А

А

А

А

А , 'А . 'А

А 'А А , А , А

А А А .А .А А А

А А А

а) б)

Рис 1 Чувствительный элемент давления с защитой от перегрузок (а) и принцип работы упора (б)

Вместе с тем, при сборке чувствительных элементов на малые давления посредством электростатического соединения выявлены случаи сращивания жесткого центра со стеклянным основанием Аналитическим путем установлено, что под воздействием прикладываемой разности потенциалов, мембрана ЧЭ прогибается на величину, сопоставимую с размерами стопорного углубления, и, благодаря низкой шероховатости поверхностей ЖЦ и стеклянного основания, между ними возникает неразъемное соединение Для устранения взаимодействия ЖЦ и основания при анодной посадке разработаны технологические приемы для искусственного увеличения шероховатости стекла в области контакта с жестким центром и даны рекомендации по оптимизации конструкции и технологического процесса производства таких ЧЭ

Представлены методы исследования и моделирования характеристик ЧЭ, описана экспериментальная установка и оборудование, использованные в ходе исследований На основе экспериментальных данных и компьютерного моделирования установлено, что стойкость мембраны к перегрузкам при использовании ограничителя прогиба увеличивается до 80 200 раз по отношению к номинальному давлению Вместе с тем, по мере увеличения степени технологического подтрава ЖЦ наблюдается снижение номинального давления кристалла и его нагрузочной способности как с использованием 6

упора-ограничителя прогиба, так и без него Наибольшей стойкостью к перегрузкам обладают чувствительные элементы с прямоугольной конфигурацией жесткого центра, наименьшей - ЧЭ с жестким центром, у которого отсутствуют грани в плоскостях {111} Нагрузочная способность последних примерно в 1,5 2 раза меньше по сравнению с кристаллами с формой ЖЦ, близкой к прямоугольной Изменение начального выходного напряжения после воздействия перегрузки у тензопреобразователей с упором не превышает 0,1 0,25%, и они сохраняют работоспособность в различных климатических условиях в диапазоне температур -60 +80 °С, что подтверждено результатами соответствующих исследований Также установлено, что ЧЭ с сильно подтравленным жестким центром обладают чувствительностью к давлению после срабатывания защиты (рис 2)

О 300 £

I S "0 1 *

<9 100

! •

— — — 1 1 -

~ / - 1 - -1- ;

-J- г

/ "1" - -' \ i 1

! Г

200 300 400 S00 Давление, нПа

а) б)

Рис 2 Преобразовательные характеристики чувствительных элементов с упором а - с под травленным жестким центром, б - с жестким центром прямоугольной формы

Показано, что для ЧЭ с упором зависимость между предельным давлением, приводящим к разрушению кристалла, и величиной стопорного углубления носит линейный характер Нагрузочная способность таких ЧЭ снижается по мере увеличения размера стопорного углубления Наибольшее давление выдерживают кристаллы с упором-ограничителем прогиба, у которых зазор между поверхностями жесткого центра и основания равен нулю, а наименьшее давление соответствует кристаллам без упора Последние условно можно считать эквивалентными ЧЭ с упором с величиной стопорного углубления, равной предельному прогибу мембраны ЧЭ без защитного упора

Предложена методика, позволяющая задавшись давлением срабатывания защиты, размерами ЖЦ и плоской части мембраны рассчитать величину стопорного углубления (рис 3) и назначить технологические допуска на него

где \pi\y [р„], [рг] - предельные давления разрушения мембраны ЧЭ без ограничителя прогиба, со стопорным углублением величиной 6п и с "нулевым" зазором между ЖЦ и основанием соответственно,

- предельная величина стопорного углубления, соответствующая наибольшему прогибу мембраны ЧЭ без упора

Рис 3 Иллюстрация к расчету величины стопорного углубления а - зависимость предельного давления ЧЭ от величины стопорного углубления, б - зависимость напряжений в мембране ЧЭ от приложенного к ней давления, 1 - ЧЭ без упора, 2 - ЧЭ с упором, 3 - ЧЭ с "нулевым" зазором между жестким центром и основанием

Опираясь на экспериментальные данные и результаты моделирования, даны рекомендации по выбору оптимальной величины стопорного углубления для получения наилучшего сочетания параметров чувствительного элемента и обеспечения его безотказной работы в выбранном рабочем интервале давлений и широком диапазоне температур Для исключения возможности срабатывания защиты до достижения номинального давления размер стопорного углубления должен не менее чем в 1,5 2 раза превышать прогиб мембраны под воздействием номинальной нагрузки Для тензопреобразователей,

применяемых в датчиках давления с перестраиваемыми диапазонами оптимальный размер стопорного углубления составляет 10 15 мкм

Следует отметить, что принцип ограничения хода мембраны для повышения ее нагрузочной способности может быть распространен и на чувствительные элементы с плоской мембраной

Третья глава посвящена исследованию причин возникновения погрешности нелинейности преобразовательной характеристики чувствительных элементов с мембранами различной конфигурации Аналитически установлено и экспериментально на модели и натурных образцах подтверждено, что нелинейность обусловлена разной чувствительностью резисторов в плечах тензомоста Для расчета максимального значения нелинейности в заданном диапазоне давлений получена зависимость

. Дй+ , АЛ,

где =—-, кп =- - относительное изменение сопротивлении

R R

о о

тензорезисторов, работающих на растяжение и сжатие соответственно, R„ - номинальное сопротивление тензорезисторов в мосте У тензопреобразователей с жестким центром основной причиной различий в чувствительности тензорезисторов и, как следствие, снижения номинального давления, является подтрав ЖЦ, обусловленный несовершенством технологического процесса формирования кремниевых мембран Подтрав вызывает перераспределение напряжений в мембране, что в свою очередь приводит к смещению областей максимальных напряжений относительно положения тензорезисторов (рис 4) У кристаллов с сильно подтравленным жестким центром напряжения у границ мембраны по абсолютной величине почти на порядок превышают напряжения у границ жесткого центра В связи с этим чувствительные элементы с формой ЖЦ, близкой к прямоугольной, демонстрируют незначительную нелинейность характеристики в рабочем диапазоне (0,1 0,2%), а у кристаллов с сильно подтравленным ЖЦ, у которого отсутствуют грани в плоскостях {111}, нелинейность может достигать нескольких процентов Для получения тензопреобразователей с нелинейностью не более 0,2 0,4 % и минимальных потерь

в чувствительности необходимо, чтобы размер неподтравленной области жёсткого центра составлял не менее 1,0... 1,2 длины тензорезистора.

Тензореэисторы

в)

Тензореэисторы Тензореэисторы

а) б)

Рис. 4. Распределение напряжений в кристалле чувствительного элемента при приложении давления 40 кПа для трёх конфигураций жёсткого центра: а - правильной формы; б - немного подтравленного; в - сильно подтравленного

Показано, что кристаллы с сильно подтравленным жёстким центром благодаря различиям в чувствительности тензорезисторов могут использоваться для измерения давлений, существенно превышающих номинальное. ЧЭ с конфигурацией жёсткого центра, близкой к прямоугольной, также могут применяться для измерения давлений за пределами номинального диапазона, если в их топологию ввести дополнительный тензомост. При этом у последних не будет потерь в нагрузочной способности по сравнению с тензопреобразова-телями, имеющими технологический подтрав ЖЦ.

Исследования, проведённые во 2 и 3 главах, дополнительно обосновывают необходимость поисковых работ в области технологий защиты выпуклых углов при формировании кремниевых мембран с концентраторами напряжений.

В четвёртой главе рассмотрены вопросы проектирования тензопреоб-разователей для измерения малых давлений в диапазонах от 0...0,1 до 0...6,3 кПа. Установлено, что локальное утонение мембраны с планарной стороны ЧЭ позволяет до 1,5...2 раз повысить чувствительность кристалла по сравнению с кристаллом обычной формы. Показано, что из-за особенностей технологии сборки датчиков давления ЧЭ, рассчитанный на измерение давлений менее 6,3 кПа, должен быть устойчив к перегрузке со стороны тен-

зосхемы более 100 кПа Кристаллы с плоской мембраной не удовлетворяют данному требованию С учетом результатов, полученных во второй главе диссертации, предложены и промоделированы различные варианты конструктивного исполнения ЧЭ на малые давления с ограничителем прогиба мембраны, втом числе с применением дополнительных концентраторов напряжений Исходя из имеющихся технологических возможностей (основное требование -минимальное отклонение от базового технологического маршрута) и требований по стойкости к воздействию перегрузок для реализации выбрана конструкция ЧЭ с центральным выступом и поверхностно-структурированной мембраной (рис 5) Такой ЧЭ имеет встроенную защиту от разрушения при перегрузках - ограничитель прогиба, выполненный за счет кремниевого кристалла

15-20 мкм 5-Ю МП Шмкм

Рис 5 Поперечное сечение кристалла ЧЭ с поверхностно-структурированной мембраной с жестким центром

Опытные образцы тензомодулей с поверхностно-структурированной мембраной обладают чувствительностью 3 5 мВ/(кПа В), что хорошо согласуется расчетными значениями Показано, что такие ЧЭ пригодны для создания датчиков с верхним пределом измерений до 100 250 Па на базе существующих гидроблоков на стандартные диапазоны преобразования без существенных изменений их конструкции и технологии изготовления Представлены результаты исследования точностных характеристик датчиков разности давлений, изготовленных с применением таких тензомодулей.

Благодаря введению в конструкцию ЧЭ упора, кристалл, рассчитанный на измерение давлений 1,0 6,3 кПа и менее, выдерживает перегрузки до 1 МПа Установлено, что нагрузочная способность чувствительного элемента с упором-ограничителем прогиба и поверхностно-структурированной мембраной в 1,5 2 раза меньше аналогичного значения для ЧЭ без локального утонения мембраны

Пятая глава посвящена исследованию механизмов подтравливания внешних углов мезаструктур, получаемых при анизотропном травлении кремния в водном растворе едкого кали Целью проведения экспериментальных исследований была проверка накопленных ранее и получение недостающих данных для разработки технологии и комплексной методики защиты выпуклых углов для изготовления мембран толщиной до 5 15 мкм с жестким центром Эксперименты проводились при постоянной концентрации травильного раствора 33 % при температурах +70, +75, +80, +85 и +90 °С для двух типоразмеров мембран с ЖЦ, применяемых в кристаллах размерами 4x4 мм2 и 6x6 мм2. Толщины мембран выбирались в диапазоне от 20 до 250 мкм на основании конструкторской документации на чувствительный элемент Для экспериментальных исследований были отобраны три варианта фигур упреждения (рис 6) в форме квадрата, полоски и диагональной формы

7 2 _Г

ЧМ Уч А

/ XV

( У~\ и>

1_/

г

=а

а) б) в)

Рис 6 Варианты исполнения и механизм травления компенсационных элементов а - форма квадрата, б - форма полоски, в - диагональная форма, 1 - внешний контур мембраны ЧЭ на фотошаблоне, 2 - контур жесткого центра

Во время экспериментов фиксировались скорости травления в направлениях <100> и <111>, скорости и направления подтрава компенсационных фигур (рис 6, 7). Скорость травления в направлении <100> рассчитывалась на основании данных об исходной толщине пластины и глубине вытравливаемого углубления в заданный промежуток времени. Определение скоростей травления компенсирующих элементов производилось по измерениям перемещения следов плоскостей по поверхности пластины с учетом

углов, образуемых ими с плоскостью пластины. Значения, полученные для скоростей травления в направлениях <100> и <111>, хорошо согласуются с данными из литературы.

Рис. 7. Зависимость скоростей травления от температуры травителя

На основе полученных в ходе экспериментов данных разработана методика для расчёта размеров всех трёх типов компенсаторов для кремния «-типа проводимости. Размеры компенсаторов в форме квадрата назначаются по формуле

/ = 8 = Т2:

К

к

■к

тр'

<Ю0>

(3)

где Итр - глубина травления.

Размеры диагонального компенсатора определяются уравнениями

/ = 2-/г =2-V

' "тр к<|00> 1тр>

т>Кр{\ + а8Р),

(4)

(5)

где р - угол, образуемый линией пересечения фронтов травления компенсатора с направлением вектора скорости К/ (см. рис. 6).

Для компенсатора в форме полоски вначале задаётся ширина полоски р, которая должна быть не менее 80 . 100 мкм, а затем рассчитывается размер д

9 = 1.673 Кр --Г Р (6)

^<юо>

Коэффициент у равен 0,25 для компенсатора простой формы и 1,75 для Т-образного компенсатора

Установлено, что жесткий центр с прямоугольными гранями получается при использовании упреждающих фигур диагональной формы Однако такие компенсаторы можно применять для изготовления ЧЭ с размерами мембраны а >4,24 Итр и жесткого центра Ь >5,94 й Для формирования мембран

с размерами 3,72 Ьтр<а< 4,24 Итр и 3,33 Ътр<Ъ< 5,94 Итр следует использовать компенсаторы квадратной формы или в форме полоски В случае, когда а <3,72 Итр и (или) ¿><3,33 й , не всегда возможно осуществить полную

защиту угла из-за ограничений, накладываемых на размеры компенсаторов внешними границами контура мембраны (рис 6) Для выхода из такой ситуации предложено использовать комбинацию двух типов компенсаторов, например квадратной формы и в форме полоски Применяя многоступенчатую компенсацию из нескольких типов упреждающих фигур, можно получать мембраны толщиной до 20 мкм и менее с конфигурацией жесткого центра, близкой к прямоугольной Достоверность разработанной методики подтверждена экспериментально

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 1. Одним из недостатков первичных тензопреобразователей давления является их низкая стойкость к перегрузкам, особенно динамическим, а также маленькая чувствительность при измерении малых давлений. Для получения ЧЭ с повышенной нагрузочной способностью и возможностью измерять давления, до 80 200 раз превышающие номинальное, необходимо применять упоры-ограничители прогиба мембраны 2 Для проектирования и производства ЧЭ со встроенной защитой от перегрузок рекомендуется использовать методику расчета размеров и технологических допусков на стопорное углубление на основании заранее выбранных размеров мембраны и давления срабатывания защиты,

а также технологические приемы формирования стопорных углублений, позволяющие получить наилучшее сочетание параметров тензомодуля

3 Одной из причин возникновения нелинейности, снижения чувствительности и нагрузочной способности тензопреобразователей является технологический подтрав жесткого центра Для получения ЧЭ с нелинейностью не более 0,2 0,4 %, минимальных потерь в чувствительности и стойкости к перегрузкам размер неподтравленной области ЖЦ должен быть не менее 1,0 1,2 длины тензорезистора

4. Нелинейность преобразовательной характеристики ЧЭ пропорциональна разности относительных чувствительностей резисторов в плечах тензомоста Для расчета составляющих нелинейности, вызываемых технологическими и конструктивными факторами, следует использовать предлагаемые аналитические зависимости

5 Для производства ЧЭ с концентраторами напряжений прямоугольной формы рекомендуется использовать методику и технологию многоступенчатой защиты выпуклых углов, основанные на введении в рисунок фотошаблона упреждающих фигур и позволяющие изготавливать кристаллы в широком диапазоне толщин мембран (10 300 мкм)

6 Для получения в рамках единого конструктивно-технологического решения кристаллов с чувствительностью не менее 5 8 мВ/(В кПа) для датчиков с верхним пределом измерений 100 6300 Па следует в конструкцию ЧЭ вводить дополнительные концентраторы напряжений с планарной стороны мембраны

7 Результаты, полученные в диссертации, могут быть использованы при разработке и производстве ЧЭ, основанных на иных способах преобразования, в частности вибрационно-частотном и емкостном

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1 Ушков А В Моделирование фотолитографии при изготовлении изделий микромеханики // Студенческая научная весна 2002 Сборник докладов студенческой научной конференции -М,2002 - С 150-152

2 Ушков А В Проектирование, изготовление и исследование тензомоду-лей датчиков давления на базе кремниевых чувствительных элементов // Вопросы атомной науки и техники Ядерное приборостроение (М) -2004 -Вып 1 (21) - С 32-38

3 Ушков А В Исследование характеристик, конструкции и технологии изготовления вибрационно-частотного первичного преобразователя давления // Вопросы атомной науки и техники Ядерное приборостроение (М ) -ВНИИА, 2005 -Вып. 1 (22) - С. 46-52

4 Ушков А В Разработка кремниевого чувствительного элемента давления с верхним пределом измерения менее 6,3 кПа // Сборник тезисов научно-технической конференции молодых ученых ВНИИА-2006 -М., 2006 - С 40-41

5 Ушков А.В Особенности формирования мембраны чувствительного элемента давления с жестким центром в водном растворе КОН // Сборник тезисов научно-технической конференции молодых ученых ВНИИА-2006 -М.2006 - С 67-68

6 Ушков А В , Козлов А Н Исследование путей увеличения перегрузочной способности кремниевых мембран и разработка чувствительного элемента давления со встроенной защитой от перегрузок // Молодежь в науке Сборник докладов V научно-технической конференции РФЯЦ ВНИИЭФ - Саров, 2007 - С 558-561

7. Ушков А В , Козлов А Н Проектирование, изготовление и исследование кремниевых чувствительных элементов давления со встроенной защитой от перегрузок // Нано- и микросистемная техника. - 2007 -№5 - С. 49-51

8 Ушков А В , Исакова Г А, Рябов В Т. Разработка методики компенсации выпуклых углов при формировании мембраны чувствительного элемента давления с жестким центром в водном растворе КОН // Нано-и микросистемная техника -2007 -№6 -С 55-58

9. Ушков А В Исследование возможностей создания кремниевых чувствительных элементов для измерения давлений менее 6,3 кПа // Вопросы атомной науки и техники Ядерное приборостроение (М). - 2007 -Вып 1 (24) - С 145-153

10Ушков AB Технология формирования кремниевых мембран с центральным выступом в водном растворе гидроксида калия //Вопросы атомной науки и техники Ядерное приборостроение (М.) - 2007 -Вып. 1 (24) - С 154-160

Подписано к печати 23 04 08 Заказ № 260 Объем 1,0 печ л Тираж 100 экз Типография МГТУ им Н Э Баумана 105005, Москва, 2-я Бауманская ул, д 5 263-62-01

Перечень сокращений.

Введение.

Глава 1. Актуальность разработки кремниевых чувствительных элементов давления,с повышенной стойкостью к перегрузкам.

1.1 Способы- преобразования сигнала.

1.1.1 Преобразование сигнала изменением ёмкости.

1.1.2 Вибрационно-частотный способ преобразования.

1.1.3 Преобразование сигнала изменением сопротивления.

1.2 Конструкции и технологические методы изготовления ЧЭ.

1.3 Способы выполнения защиты первичных преобразователей от разрушения при перегрузках.

1.4 Конструктивно-технологические решения датчиков для измерения малых давлений.

1.5 Способы математического описания погрешности нелинейности выходного сигнала тензопреобразователей.

1.6 Методы микрообработки кремния.

1.6.1 Жидкостное анизотропное травление.

1.6.2 Качество вытравливаемого рельефа.

1.6.3 Электромеханический ограничитель травления.

1.7 Компенсация растравливания выпуклых углов.

1.8 Выводы к первой главе.

Глава 2. Разработка конструкции и технологии изготовления чувствительного элемента давления со встроенной защитой от перегрузок.

2.1 Введение.

2.2 Исследование нагрузочной способности макета тензомодуля.

2.3 Разработка чувствительного элемента с защитой от перегрузок.

2.4 Технология формирования стопорного углубления.

2.4.1 Формирование стопорного углубления за счёт стеклянного основания.

2.4.2 Формирование стопорного углубления за счёт кремниевого кристалла.

2.4.3 Технологические приёмы для устранения взаимодействия поверхностей жёсткого центра и основания в процессе электростатического соединения.

2.5 Исследование характеристик тензомодулей с защитой от перегрузок.

2.5.1 Методика проведения экспериментов.

2.5.2 Исследование тензомодулей при комнатной температуре.

2.5.3 Исследование работоспособности тензомодулей при повышенных и пониженных температурах.

2.6 Моделирование нагрузочной способности чувствительных элементов.

2.6.1 Методы моделирования.

2.6.2 Результаты моделирования нагрузочной способности ЧЭ.

2.7 Методика расчёта величины стопорного углубления.

2.8 Анализ возможных технологических отказов в работе ЧЭ с защитой от перегрузок и способы устранения вызывающих их причин.

2.9 Выводы ко второй главе.

Глава 3. Исследование причин возникновения нелинейности преобразовательной характеристики чувствительного элемента.

3.1 Оценка чувствительности первичного тензопреобразователя.

3.2 Теоретический расчёт нелинейности преобразовательной характеристики ЧЭ.

3.3 Исследование линейности преобразовательных характеристик опытных образцов ЧЭ.

3.4 Моделирование преобразовательной характеристики ЧЭ.

3.5 Исследование возможности создания ЧЭ для измерения давлений, существенно превышающих номинальное.

3.6 Выводы к третьей главе.

Глава 4. Разработка чувствительного элемента для измерения малых давлений (менее 6,3 кПа).

4.1 Введение.

4.2 Разработка ЧЭ для измерения малых давлений.

4.3 Исследование характеристик ЧЭ на малые давления.

4.4 Исследование точностных характеристик датчиков на малые давления.

4.5 Выводы к четвёртой главе.

Глава 5. Разработка методики выбора формы и назначения размеров фигур компенсации при анизотропном травлении кремния.

5.1 Введение.

5.2 Методика проведения эксперимента и обработки результатов.

5.3 Результаты экспериментов.

5.4 Квадратный компенсатор.

5.5 Диагональный компенсатор.

5.6 Компенсатор в форме полоски.

5.7 Комбинированный компенсатор.

5.8 Назначение размеров мембраны.

5.9 Выводы к пятой главе.

Актуальность проблемы. Давление входит в качестве одной из переменных величин в описание явлений, связанных с поведением жидких или газообразных сред. Почти 70 % всех измерений, выполняемых в науке, промышленности и сельском хозяйстве, связаны с-измерениями давления, расхода, количества'и уровня, веществ. Это основные рабочие параметры, точность и надёжность измерения которых лежит в основе учёта и планирования продукции; определяет ценность результатов исследований, качество и оптимальные режимы проведения технологических процессов [1-3].

Первичным звеном систем контроля и управления, поставляющим данные о давлении сжатого воздуха, газа, пара, масла или других жидкостей, являются датчики давления. Они используются в нефтяной и газовой промышленности для измерения гидростатического1 напора и> распределения давлений в скважинах, нефте- и газопроводах, на'перерабатывающих заводах; в атомных энергетических установках для измерения и контроля параметров жидкометаллического теплоносителя и основных технологических процессов; в химической, пищевой и бумажной промышленности; в судо-и станкостроении, ракетной технике, авиации, транспорте, медицине, биофизике, термо- и аэродинамике, акустике, гидромеханике, геофизике и т.д.

Можно констатировать, что одна лишь энергетика поглощает большую часть выпускаемых промышленностью датчиков давления. Энергетические возможности тепло-, гидро- и атомных электростанций определяются давлением пара или воды на лопасти турбин, под действием давления по каналам и трубопроводам на тысячи километров транспортируются вода, нефть и газ. Установки^ поставляющие механическую, тепловую или электрическую энергию, нуждаются в пристальном непрерывном наблюдении за давлением, чтобы оно находилось в заданных пределах, ибо его превышение может повлечь за собой повреждение стенок сосудов и трубопроводов, не говоря уже о риске, связанном с разрывом стенок, и авариях.

Широкий спектр потребностей - каждый датчик должен наилучшим образом соответствовать поставленной задаче - привёл к большому разнообразию применяемых датчиков. Понятие "давление" охватывает очень протяжённую область значений от глубокого вакуума до сверхвысоких давлений, оно может выражаться в абсолютных (по отношению к вакууму) или в относительных (по отношению к атмосферному давлению) величинах или представлять собой разность двух произвольных величин — двух разных давлений. Наконец, измерение давления-может относиться к различным средам, физические (например, температура) или химические (например, опасность коррозии) характеристики которых весьма разнообразны.

Автоматизация технологических процессов (ТП) и широкое применение микропроцессоров в различных областях промышленности обусловлены переходом от относительно простых локальных к сложным многосвязным системам, осуществляющим непрерывный или непрерывно-дискретный контроль и регулирование. Точность, эксплуатационная и метрологическая надёжность АСУ ТП во многом определяется качеством датчиков, среди которых наиболее распространёнными являются датчики давления с электрическим выходным^ сигналом, совместимые с микроэлектронными системами контроля и управления. К таким датчикам предъявляются жёсткие требования: высокая точность, долговременная стабильность, миниатюрность, механическая прочность, надёжность, возможность сопряжения с микроэлектронными преобразователями сигналов, большинство из которых определяется параметрами первичного преобразователя давления - сердца датчика [4]. В наибольшей степени эти показатели характерны для кремниевых чувствительных элементов (ЧЭ), создаваемых на основе технологии микроэлектроники. При изготовлении ЧЭ из монокристаллического кремния удаётся получить уникальные параметры изделий. В их число входят конструктивная и технологическая простота, малые габариты и масса, высокая прочность, идеальная упругая характеристика, большой срок службы, стабильность электрофизических характеристик в течение длительного времени, высокие пьезорезистивные свойства кремния, превышающие по чувствительности остальные материалы более чем в 20 раз.

Большой вклад в развитие теории и технологии полупроводниковых преобразователей давления внесён российскими учёными Осадчим Е.П., Чистяковым Ю.Д., Вагановым В.И., Олеском А.С., Гридчиным В.А., Стучебнико вым В.М., Чаплыгиным Ю.А., Лучининым В.В., Мальцевым П.П. и другими.

Несмотря на большое количество работ, посвященных исследованиям первичных преобразователей давления, ряд вопросов остаётся невыясненным. Это, прежде всего, касается разработки технологий защиты чувствительных элементов от разрушения при воздействии перегрузок; выявления конструктивно-технологических факторов, влияющих на их нагрузочную способность и метрологические характеристики; исследования способов увеличения чувствительности первичных тензопреобразователей при измерении малых давлений. Не до конца изучены технологические вопросы формирования кремниевых мембран с концентраторами напряжений для создания приборного ряда преобразователей. Известные методы угловой компенсации не позволяют получать сверхтонкие мембраны с прямоугольной конфигурацией жёсткого центра (ЖЦ). Поэтому выбранная тема диссертационной работы является актуальной.

Целью работы является разработка, теоретическое и экспериментальное обоснование конструктивно-технологических методов производства параметрического ряда кремниевых чувствительных элементов давления с повышенной стойкостью к перегрузкам.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

1. Исследовать конструктивные и технологические факторы, влияющие на нагрузочную способность кремниевых мембран.

2. Разработать научные основы проектирования и изготовления чувствительных элементов давления со встроенной защитой от разрушения при воздействии перегрузок.

3. Исследовать технологические причины возникновения нелинейности преобразовательной характеристики чувствительного элемента и выявить пути их устранения.

4. Исследовать и реализовать конструктивно-технологические способы повышения чувствительности первичных преобразователей для измерения малых давлений.

5. Разработать технологические приёмы и методику защиты внешних углов концентраторов напряжений при изготовлении кремниевых мембран в широком диапазоне толщин.

Методы исследований. Теоретические исследования проводились на основе теории пьезорезистивного эффекта в полупроводниках, сопротивления материалов, математического анализа. Экспериментальные исследования осуществлялись на специализированных стендах- с использованием прецизионных средств измерения, обработка результатов велась с помощью теории* вероятностей и математической статистики.

В ходе исследований. применялись расчёты напряжённо-деформированного состояния'кремниевых кристаллов, с использованием современных компьютерных программных пакетов. Регистрация процесса анизотропного травления осуществлялась с применением современной цифровой фототехники.

Научная новизна

1. Установлена взаимосвязь нагрузочной способности мембраны чувствительного элемента с величиной стопорного углубления, позволяющая рассчитать его номинальный размер и назначить технологические допуски на него.

2. Аналитически установлено и экспериментально на модели и натурных образцах ЧЭ подтверждено, что технологический подтрав жёсткого центра приводит к асимметрии чувствительности тензорезисто-ров и является основной причиной нелинейности1 преобразовательной характеристики тензопреобразователей.

3. Разработана методика многоступенчатой защиты внешних углов концентраторов напряжений, позволяющая изготавливать кремниевые мембраны в широком диапазоне отношений ширины их рабочей области к толщине.

Практическая ценность работы

1. Разработаны конструктивно-технологические методы производства кремниевых чувствительных элементов со встроенной защитой от разрушения при перегрузках на давления от сотен Паскалей до десятков и сотен мегапаскалей.

2. Получены зависимости, позволяющие минимизировать нелинейность преобразовательной характеристики тензопреобразователя на этапах проектирования и разработки технологии его изготовления.

3. Разработаны и практически реализованы методика и технология многоступенчатой защиты внешних углов при анизотропном травлении кремния на глубину до 450 мкм и более.

Реализация результатов. Результаты, полученные в данной работе, использованы при разработке приборного ряда датчиков давления нового поколения во ФГУП ВНИИА им. H.JI. Духова (г. Москва). Получен акт о внедрении.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту

1. Технология изготовления и методика проектирования параметрического ряда кремниевых чувствительных элементов давления с повышенной стойкостью к перегрузкам.

2. Конструктивно-технологические методы производства тензопреоб-разователей для измерения давлений в диапазонах, в десятки раз превышающих номинальный.

3. Методика расчёта нелинейности преобразовательной характеристики ЧЭ, позволяющая минимизировать погрешность нелинейности на стадиях проектирования первичного тензопреобразователя и разработки технологии его изготовления.

4. Методика и технология многоступенчатой защиты внешних углов концентраторов напряжений для производства кремниевых мембран в широком диапазоне отношений ширины их рабочей области к толщине.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры МТ-11 "Электронные технологии в машиностроении" МГТУ им. Н.Э. Баумана, на научно-технической конференции молодых учёных "ВНИИА 2006" (ВНИИА им. Н.Л. Духова, г.Москва, октябрь 2006), на 5-й и 6-й научно-технических конференциях "Молодёжь в науке" (РФЯЦ ВНИИЭФ, г. Саров, ноябрь 2006, ноябрь 2007).

Личный вклад автора. Результаты,.изложенные в диссертации, получены лично автором, а также совместно с сотрудниками ФГУП' ВНИИА им. H.JI. Духова. Участие в работе каждого сотрудника отражено в совместных публикациях и в научно-исследовательских отчётах. Совместно с научным руководителем Рябовым В.Т. был определён план работы, разработаны основные теоретические положения III главы, обсуждались результаты исследований. Личный вклад автора включает разработку топологий чувствительных элементов; выпуск комплекта конструкторской документации* на тензомодули; авторский надзор за изготовлением кристаллов; сборку опытных образцов тензомодулей; планирование, подготовку и проведение экспериментальных исследований; моделирование характеристик тензо-преобразователей; интерпретацию полученных результатов. Идея разработки чувствительного элемента с защитой от перегрузок принадлежит Тинякову Ю.Н., являвшемуся в 2004-2007 г.г. начальником научно-исследовательского отдела по разработке датчиков и сигнализаторов давления ФГУП ВНИИА им. Н.Л. Духова.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 10 работах.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов по работе, библиографического списка использованной литературы из 124 наименований и изложена на 160 страницах машинописного текста, включает 47 рисунков и 15 таблиц.

Общие выводы по работе

1. Одним из недостатков первичных тензопреобразователей давления является их низкая стойкость к перегрузкам, особенно динамическим, а также маленькая чувствительность при измерении малых давлений. Для получения ЧЭ с повышенной нагрузочной способностью и возможностью измерять давления, до 80.200 раз превышающие номинальное, необходимо применять упоры-ограничители прогиба мембраны.

2. Для проектирования и производства ЧЭ со встроенной защитой от перегрузок рекомендуется использовать методику расчёта размеров и технологических допусков на стопорное углубление на основании заранее выбранных размеров мембраны и давления срабатывания защиты, а также технологические приёмы формирования стопорных углублений, позволяющие получить наилучшее сочетание параметров тензомодуля.

3. Технологический подтрав жёсткого центра является одной из причин возникновения нелинейности, снижения чувствительности и нагрузочной способности тензопреобразователей. Для получения ЧЭ с нелинейностью не более 0,2.0,4%, минимальных потерь в чувствительности и стойкости к перегрузкам размер неподтравленной области ЖЦ должен быть не менее 1,0. 1,2 длины тензорезистора.

4. При расчёте составляющих нелинейности, вызываемых технологическими и конструктивными факторами, следует использовать аналитические зависимости, связывающие погрешность нелинейности с относительной чувствительностью резисторов в плечах тензомоста.

5. Для производства ЧЭ с концентраторами напряжений прямоугольной формы рекомендуется использовать методику и технологию многоступенчатой защиты выпуклых углов, основанные на введении в рисунок фотошаблона упреждающих фигур и позволяющие изготавливать кристаллы в широком диапазоне толщин мембран (10. .300 мкм).

6. Для получения в рамках единого конструктивно-технологического решения кристаллов с чувствительностью не менее 5.8 мВ/(В-кПа) для датчиков с верхним пределом измерений 100.6300 Па следует в конструкцию ЧЭ вводить дополнительные концентраторы напряжений с планарной стороны мембраны.

7. Результаты, полученные в диссертации, могут быть использованы при разработке и производстве ЧЭ, основанных на иных способах преобразования, в частности вибрационно-частотном и ёмкостном.

149

1. Иванова Г.М., Кузнецов Н.Д., Чистяков B.C. Теплотехнические измерения и приборы: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 232 е., ил.

2. Датчики измерительных систем: В 2-х книгах. / Ж. Аш, П. Андре, Ж. Бофрон и др.: Перевод с франц. М.: Мир, 1992. - Книга 2. - 424 е., ил.

3. Хансуваров К.И., Цейтлин В.Г. Техника измерения давления, расхода, количества и уровня жидкости, газа и пара: Учебное пособие для техникумов. М.: Издательство стандартов, 1990. - 287 е., ил.

4. Евдокимов В.И. Современные тензорезисторные датчики дифференциального давления. М.: Информприбор, 1987. - 34 с. (ТС-6: Приборы и устройства для контроля и регулирования технологических процессов: Обзорная информация; Выпуск 7).

5. Проектирование датчиков для измерения механических величин / Под ред. Е.П. Осадчего. М.: Машиностроение, 1979. - 480 е., ил.

6. Guo S., Guo J., Ко W.H. A monolithically integrated surface micromachined touch mode capacitive pressure sensor // Sensors and Actuators A. — 2000. — №80.-P. 224-232.

7. Elgamel A. A simple and efficient technique for the simulation of capacitive pressure transducers // Sensors and Actuators A. 1999. - №77. - P. 183-186.

8. A generic interface chip for capacitive sensors in low-power multi-parameter microsystems / N. Yazdi, A. Mason, K. Najafi, K.D. Wise // Sensors and Actuators A.-2000.-№84.-P. 351-361.

9. U.S. Patent 5009108, Int. CI. G01L, 11/00. Vibrating Type Transducer. 1991.

10. Ю.Ушков A.B. Исследование характеристик, конструкции и технологии изготовления вибрационно-частотного первичного преобразователя давления //Вопросы атомной науки и техники. Ядерное приборостроение (М.). 2005. - Вып. 1 (22). - С. 46-52.

11. Малохин Н.Т. Частотные датчики систем автоконтроля и управления.— М.: Энергия, 1968, 128 е., ил.150 ~

12. Кравченко В.Н. DPHarp — Современные технологии в измерениях давления, расхода и уровня // Законодательная ^ прикладная метрология (М:). — 2006.--№3.-С. 33-36.13 .Ваганов В.И. Интегральные тензопреобразователи., М.: Энергоатомиз-дат, 1983, - 138 е., ил.

13. М.Молдавер Т.И., Гофман ЭЛ., Гук Г.Н. О закреплении полупроводниковых тензорезисторов // Полупроводниковая тензометрия; — Львов, 1970. С. 76-82.

14. Серьезной А.Н., Скотников А.А., Присечкин В.Л. Погрешности? полупроводниковых тензорезисторов, обусловленные толщиной клеевого слоя //Полупроводниковая тензометрия; Львов, 1970;- С. 82-88.

15. Богдан Г.И., Некрасов М.М; Плёночная электроника и полупроводниковые интегральные схемы. — Киев: Вища школа, 1979; — 208 с.

16. Помытов К.Л./Норкин Г.П. Технология изготовления и основные параметры диффузионных кремниевых тензорезисторов // Полупроводниковая тензометрия. — Львов, 1970: С. 14-17.

17. Малышева И.А. Технология производства интегральных микросхем: Учебник для техникумов. М.: Радио и связь, 1991. - 344 е., ил.

18. Ефимов И.Е., Горбунов Ю.Е., Козырь И;Я. Микроэлектроника. Проектирование, виды микросхем, новые направления: Учебное пособие для вузов -М.: Высшая школа, 1978. -- 312 с.

19. Малер Р., Кейминс Т. Элементы интегральных схем: Пёревод с английского. М.: Мир, 1989. - 630 с., ил.

20. Пономарёв,М;Ф. Конструкции ирасчёт микросхем и микроэлементов ЭВА: Учебник для вузов. М.: Радио и связь, 1982. - 288 е., ил.

21. Бургер Р., Донован Р. Окисление, диффузия, эпитаксия. М.: Мир, 1969. -452 е., ил. •

22. Технология СБИС: В 2-х кн. Пер. с англ. / Под ред. С. Зи. -М.: Мир, 1986.-Книга 1.-404 е., ил.

23. Технология СБИС: В 2-х кн. Пер. с англ. / Под ред. С. Зи.-М.: Мир, 1986. Книга 2. - 453 е., ил.

24. Пайка сапфировых мембран с высокопрочными сплавами титана / З.В. Никифорова, С.Г. Румянцев, C.JI. Киселевский, В.И. Евдокимов // Сварочное производство. 1974. — №3. - С. 35-40.

25. Полупроводниковые тензопреобразователи давления и силы на основе гетероэпитаксиальных структур "кремний на сапфире" / А.В. Белоглазов, В.М. Стучебников, В.В. Хасиков и др. // Приборы и системы управления. 1982. -№ 5. - С. 21-27.

26. Датчики давления ТЖИУ406, ТЖИУ406В, ТЖИУ406ИВ, ТЖИУ406А, ТЖИУ406Д: Руководство по эксплуатации ТЖИУ.406233.001РЭ1.-М.: ВНИИА, 2005.-82 с.

27. Преобразователь измерительный Сапфир-22: Техническое описание и инструкция по эксплуатации. М., 1982. - 104 с.

28. Датчики давления. Комплексные поставки: Тематический каталог №1.— Выпуск 3. Челябинск: Группа предприятий Метран, 2005. - 312 с.

29. БушевВ.В., Николайчук О.Л., Стучебников В.М. Серия микроэлектронных датчиков давления МИДА // Датчики и системы. — 2000: № 1. — С. 21-27.31 .Трухачев Б.С., УдаловН.П. Полупроводниковые тензопреобразователи. -М.: Энергия, 1968. 76 е., ил.

30. Гридчин В.А., Кирпиченко Ю.Ф., Морозова Г.Г. О температурной зависимости тензочувствительности // Полупроводниковая тензометрия. — Львов, 1970.-С. 107-110.

31. Андросов Е.В., Тихоненков В.А., Тихонов А.И. Термокомпенсация в полупроводниковых датчиках давления // Полупроводниковая тензометрия. -Львов, 1970.-С. 126-132.

32. Мальцев П. Кристаллы для микросистемной техники //Chip news(M.).-2003.-№1 (74). С. 6-11.

33. Ваганов В.И., Носкин А.Б. Проектирование топологии тензорезисторов на квадратной мембране интегрального преобразователя давления // Тензо-метрия-83. М.: Изд-во Ин-та машиноведения АН СССР, 1983. - С. 132-134.

34. Пивоненков Б.И., Стучебников В'.М. Проектирование полупроводниковых интегральных тензочувствительных структур // Приборы и системы управления. 1976. - № 1. - С. 20-24.

35. Распопов В.Я. Принципы построения! датчиков давления и топология тензорезисторов // Датчики и системы. — 2007. №2. — С. 22-26.

36. Цивин А.А., Бражникова И.А. Универсальные полупроводниковые чувствительные элементы тензорезисторных датчиков // Датчики на основе технологии микроэлектроники: Сборник. М.: МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1986.-С. 48-53.

37. Элексион М. Внедрение технологии- интегральных схем в< производство датчиков // Электроника. 1986. - №11. - С. 49-54.

38. Материаловедение: Учебник для высших, технических заведений / Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапови др. — М.: Машиностроение, 1986: — 384 е., ил.

39. Медведев С.А. Введение в технологию полупроводниковых материалов: Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1970. - 504 е., ил.

40. Карбань В.И., Борзаков Ю.И. Обработка монокристаллов в микроэлектронике. -М.: Радио и связь, 1988. 104 е., ил.

41. Андреева JI:E. Упругие-элементы приборов. М.: Машиностроение, 1981. — 392 е., ил.

42. Ко W.H., Suminto J.T., Yeh G.J. Bonding techniques for microsensors in Mi-cromachining and Micropackaging of Transducers Amsterdam (The Netherlands): Elsevier, 1985. - P. 41-47.

43. Преобразователи давления микросхемы серии 1191, 1192 / Н.А. Шеле-пин; H.JI. Данилова, В.В. Панков, B.C. Суханов // Датчики и системы. -2007. -№1. - С. 28-33.

44. Трухачев Б.С., Перепелицин О.П. Конструктивно-технологические ограничения интегральных тензопреобразователей на основе структур КНС // Датчики на основе технологии микроэлектроники: Сборник. -М.: МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1986.-С. 66-69.

45. Патент 2098785 РФ, МКИ 6 G01L13/02. Датчик разности давлений / В .Г. Зарувинский, B.C. Коносов, А.А. Петров и др. // Б.И. 1997. - №34.

46. Феликсон Е.И. Упругие элементы силоизмерительных приборов: Библиотека приборостроителя. — М.: Машиностроение, 1977. 160 е., ил.

47. ГОСТ 21482-76. Сильфоны однослойные измерительные металлические. Технические условия. — М., 1987. 29 с.

48. Афанасьев С.А., Афанасьева Е.З., Гридчин В.А. Прогибы и напряжения в квадратной? мембране кремниевого датчика давления // Датчики-на основе технологии микроэлектроники: Сборник.— М.: МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1989. С. 115-118.

49. Ваганов В.И., Пряхин Г.Д. Анализ нелинейности тензорезисторов интегрального преобразователя давления с прямоугольной неплоской мембраной // Датчики на основе технологии микроэлектроники: Сборник. —• М.: МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1989. С. 119-124.

50. Соколов JI.B. Интегральная сенсорная матрица для измерения статического .давления в расширенном диапазоне низких давлений // Датчики и преобразователи информации систем измерения управления и контроля: Сборник. М., 2004. - С. 206-208.

51. Yasukawa A., Shimazoe М., Matsuoka J. Simulation of Circular Silicon Pressure Sensors with a Center Boss for very Low Pressure measurement // ШЕЕ Transactions on Electronic Devices. 1989. - Vol. 36, №7. - P. 1295-1302.

52. ГотраЗ.Ю. Технология микроэлектронных устройств: Справочник,— М.: Радио и связь, 1991. -528 е., ил.

53. Коледов J1.A. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок. — М.: Радио и связь, 1989. 400 е., ил.

54. Silicon anisotropic etching in alkaline solutions IV. Effect of organic and inorganic agents on silicon anisotropic etching process / I. Zubel, I. Barycka, K. Kotowska, M. Kramkowska // Sensors and Actuators A. 2001. - №87. - P. 163-171.

55. Steinsland E., FinstadT., HanneborgA. Etch rates of (100), (111) and (110) single-crystal silicon in TMAH measured in situ by laser reflectance interfer-ometry // Sensors and Actuators A. 2000. - №86. - P. 73-80.

56. Sakaino K., Adachi S. Study of Si (100) surfaces etched in TMAH solution // Sensors and Actuators A. -2001. -№88. P. 71-78.

57. An improved TMAH Si-etching solution without attacking exposed aluminum / G. Yanb, P. Chan, I. Hsing et al. // Sensors and Actuators A. 2001. - №89. -P. 135-141.

58. Charbonnieras A.R., Tellier C.R. Characterization of the anisotropic chemical attack of {hkO} silicon plates in a T.M.A.H. solution. Determination of a database // Sensors and Actuators A. 1999. - №77. - P. 81-97.

59. Micromorphology of single crystalline silicon surfaces during anisotropic wet chemical etching in KOH and ТМАН / E. van Veenendaal, K. Sato, M. Shikida et al. // Sensors and Actuators A. -2001. -№93. P. 219-231.

60. Ваганов В.И., ПлоховаТ.С. Исследование динамики изменения формы фигур анизотропного травления кремния // Электронная техника. Серия 3. 1979. - Выпуск 5 (83). - С. 55-62/

61. Ваганов В.И., ГончароваН.И., ПлоховаТ.С. Исследование зависимости анизотропии скорости травления кремния в водных растворах едкого кали от режима травления // Электронная техника. Серия 3.— 1980.— Выпуск 2 (86). С. 29-36.

62. Zubel I. Silicon anisotropic etching in alkaline solutions III. On the possibility of spatial structures forming on the course of Si (100) anisotropic etching in KOH and KOH+IPA solutions // Sensors and Actuators A. 2000. - №84. - P. 116-125.

63. Zubel I. The influence of atomic configuration of (hkl) planes on ^adsorption processes associated with anisotropic etching of silicon // Sensors and Actuators A. 2001. -№94. -P. 76-86.

64. Zubel I., Kramkowska M. Etch rates and morphology of silicon (hkl) surfaces etched in KOH and KOH saturated with isopropanol solutions // Sensors and Actuators A. 2004. - №115. - P. 549-556.

65. GosalvezM.A., NieminenR.M. Surface morphology during anisotropic wet chemical etching of crystalline silicon //New Journal of Physics. 2003. - №5. - P. 100-105.

66. Micromorphology of single crystalline silicon surfaces during anisotropic wet chemical etching in KOH: velocity source forests / E. van Veenendaal, K. Sato, M. Shikida et al. // Sensors and Actuators A. 2001. - №93. - P. 232-242.

67. Ваганов В.И., Поливанов П.П. Локальное анизотропное травление кремния для изготовления интегральных мембранных преобразователей давления // Электронная техника. Серия 11. 1975. - Выпуск 4. - С. 93-98.

68. Zubel I., Kramkowska M. The effect of alcohol additives on etching characteristics in KOH solutions // Sensors and Actuators A. 2002. - №101. - P. 255-261.

69. U.S. Patent 5338400, Int. CI. H01L 021/306. Micromachining process for making perfect exterior corner in an etchable substrate. 1994.

70. U.S. Patent 3765969, Int. CI. H01I7/00. Precision etching of semiconductors. 1973.

71. Shape deterioration of mesa structures in post-CMOS anisotropic etchingof silicon microsensors: an experimental study / H. Takao, C. Yong, K. Rajanna, M. Ishida // Sensors and Actuators A. 2000. - №86. - P. 115-121.

72. Патент 2220475 РФ, МКИ 7 H01L21/308 Способ защиты углов трехмерных микромеханических структур на кремниевой пластине при глубинном анизотропном травлении / JI.B. Соколов, В.М. Школьников // Б.И. 2003. - №38.

73. Effect of surfactant on surface quality of silicon microstructures etched in saturated TMAHW solutions / P.M. Sarro, D. Brida, W.v.d. Vlist, S. Brida // Sensors and Actuators A. 2000. - №85. - P. 340-345.

74. U.S. Patent 3728179, Int. CI. H011 7/50. Method of etching siliconcrystals. 1973.

75. Long M.K. Computer aided mask layout synthesis for anisotropic etch photolithography: Thesis by in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of philosophy. California: California Institute of Technology Pasadena, 1999. - 128 p.

76. Anisotropic wet chemical etching of crystalline silicon: atomistic Monte-Carlo simulations and experiments / M.A. Gosalvez, R.M. Nieminen, P. Kilpinen et al. // Applied Surface Science. 2000. - №178. - P. 7-26.

77. Zhenjun Zhu, Chang Liu Micromachining Process Simulation Using a Continuous Cellular Automata Method // Journal of Microelectromechanical systems. — 2000. Vol. 9, №2. - P. 252-261.

78. Белов H.C. Принципы моделирования формообразования при локальном анизотропном травлении многогранных профилей // Датчики на основе технологии микроэлектроники: Сборник. М.: МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1986.-С. 104-109.

79. Ваганов В.И., Белов Н.С. Методика определения формы многогранных фигур локального анизотропного травления // Датчики на основе технологии микроэлектроники: Сборник. М.: МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского, 1986.-С. 109-114.

80. Zubel I. The model of etching of (hkl) planes in monocrystalline silicon // J. Elec-trochem. Soc.-2003. Vol.150, №6.-P. 391-400. j91 .Павлушкин H.M., Журавлёв A.K. Легкоплавкие стёкла. — M.: Энергия, 1970. 144 е., ил.

81. Кардашов Д.А. Конструкционные клеи. М.: Химия, 1980. - 288 е., ил.

82. Балицкий А.В. Технология изготовления вакуумной аппаратуры. — М.: Энергия, 1966. 312 е., ил.

83. Моро У. Микролитография. Принципы, методы, материалы. М;: Мир, 1990. - 1240 е., ил;

84. Технология полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники: Учебное пособие для ПТУ в 10-ти книгах. М.: Высшая школа, 1990. — Книга 8. Мартынов В.В., Базарова Т.Е. Литографические процессы. - 128 е., ил.

85. Xinghua L., Takashi A., Masayoshi Е. Deep reactive ion- etching of Pyrex glass using SF6 plasma // Sensors and Actuators A. 2001. - №87. - P. 139-145.

86. Панфилов Ю.В., Рябов B.T., Цветков,Ю.Б. Оборудование производства интегральных микросхем и промышленные роботы М.: Радио и связь, 1988. - 320 е., ил.

87. СмирновВ.А. Обработка оптического стекла. JL: Машиностроение, Ле-нингр. отд-ние, 1980. - 183 е., ил.

88. МачулкаГ.А. Лазерная обработка стекла. М.: Сов. радио, 1979. — 136 е., ил. (Массовая библиотека инженера "Электроника".)

89. Березин Г.Н., Никитин А.В., Сурис Р:А. Оптические основы контактной фотолитографии. М.: Радио и связь, 1982. - 104 е., ил. (Массовая библиотека инженера "Электроника"; Вып. 33.)

90. Трофимова Т.И. Курс физики: Учебное пособие для вузов. М*.: Высшая школа, 1998. - 542 е., ил.

91. Савельев И.В. Курс общей физики: Учебное пособие. М'.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1982. - Том 2. -Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. - 496 е., ил.

92. Измерение параметров цифровых интегральных микросхем: Измерения в электронике / Д.Ю. Эйдукас, Б.В. Орлов, Л.М. Попель и др. М.: Радио и связь, 1982. - 368 е., ил.

93. ТикуШ. Эффективная работа: SolidWorks 2005. СПб.: Питер, 2006. - 816 е., ил.

94. Алямовский A.A. SolidWorks/COSMOSWorks. Инженерный анализ методом конечных элементов. М.: ДМК Пресс, 2004. - 432 е., ил.

95. Дарков А.В., Шпиро Г.С. Сопротивление материалов: Ученик для технических вузов. М.: Высшая^школа, 1989. - 624 е., ил.

96. Степин П.А. Сопротивление материалов: Учебник для немашиностроительных спец. вузов. М.: Высшая школа, 1988. - 367 е., ил.

97. Захаров Н.П., Багдасарян А.В. Механические явления в интегральных структурах. -М.: Радио и связь, 1992. 144 е., ил.

98. Ваганов В.И., Пряхин Г.Д. Мётодика проектирования интегральных тензопреобразователей давления с профилированными мембранами // Датчики на основе технологии микроэлектроники: Сборник. Mi: МДНТ11 им. Ф.Э. Дзержинского, 1986. -С. 36-42. .

99. Ваганов В.И., Гончарова Н.И., Случак И.И: Интегральный тензорези-сторный преобразователь с профилированной мембраной;// Методы и средства- тензометрии: и их применение в народном хозяйстве: Материалы^ отраслевой конференции. -М:, 1983. С. 141-143

100. Пипко А.И., Плисковский В.Я., Пенчко Е.А. Конструирование и расчёт вакуумных систем — М.: Энергия, 1979. 504 е., ил.

101. Шелепин Н.А. Кремниевые микросенсоры и микросистемы: от бытовой техники до авиационных приборов // Микросистемная техника. — 2000. — №1. С. 40-46.

102. Кобякова Л.П., КанищеваГ.А. Особенности травления кремния ориен-таций (100) и (110) в анизотропных травите лях // Электронная техника. Материалы. 1982. - Выпуск 8 (169). - С. 14-17.

103. ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ1. JS^j ВНИИА

104. ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

105. ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АВТОМАТИКИ им. Н.Л. ДУХОВА

106. И 101000, Москва, Моспочтамт, а/я 918. Тел.: (499) 978-78-03

107. Факс: (499) 978-09-03, (499) 978-05-78 E-mail: vniia@vniia.ru2902.2008 № Т144-?2/2#-о8

108. Внедрение указанных результатов позволяет улучшить точностные и эксплуатационные характеристики датчиков давления, упростить их конструкцию и технологию изготовления, снизить себестоимость.