摘要： 設(shè)計了雙島梁結(jié)構(gòu)量程是200 Pa 的超微壓力傳感器，進行了理論分析與計算，并對模片上的電阻條的寬度和長度進行了研究，為傳感器惠斯通電橋的設(shè)計提供了重要的依據(jù)。通過有限元仿真軟件，對傳感器進行了溫度分析，探索出了傳感器的工作溫度范圍。，對傳感器芯片尺寸進行了相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)隨著尺寸增加和膜片厚度減小，縱向、橫向、縱橫應力差及Von Mises 應力均增加，但彎曲程度也相應增大，即靈敏度提高，線性度下降。

　　0 引言

　　為了設(shè)計200 Pa 量程的傳感器，采用了雙島梁結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)綜合了平膜、梁膜、島膜的優(yōu)點，既保持了梁膜結(jié)構(gòu)靈敏度高的特性，又吸收了平膜結(jié)構(gòu)線性度好的優(yōu)點。雖然雙島梁膜結(jié)構(gòu)有著眾多的優(yōu)點，但由于其結(jié)構(gòu)相對較為復雜，很難建立起分析模型，這為優(yōu)化該種傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)、合理布置電阻條的位置及工藝方面的設(shè)計帶來了困難。

　　為更準確地了解雙島梁膜芯片膜片的具體結(jié)構(gòu)參數(shù)，如應變模的長度、厚度以及電阻條尺寸，文中進行了相關(guān)理論計算分析。并采用有限元方法研究了溫度對傳感器線性度和靈敏度的影響，對模片尺寸參數(shù)進行了對比分析。

　　1 工作原理及芯片的設(shè)計

　　1. 1 工作原理

　　壓力傳感器從原理上分有電容式、壓阻式和諧振梁式3種。由于壓阻式壓力傳感器，具有靈敏度高、線性度好和抗過載等優(yōu)點，在微壓力的測量上有著廣泛地應用。文中設(shè)計的是200Pa 超微壓力傳感器，采用壓阻式壓力傳感器進行分析研究。

　　壓阻式壓力傳感器的工作原理是基于半導體硅的壓阻效應的，單晶硅或多晶硅在受到拉力（ 或壓力） 作用時，其體積將發(fā)生變化，長度和橫截面積發(fā)生改變，使其電阻值有一定的改變，這種由于長度或面積改變而使電阻改變的效應，稱之為幾何電阻效應。對于半導體硅材料而言，幾何效應引起的電阻改變，相對于壓阻系數(shù)改變引起的電阻改變是很小的。對于半導體硅材料，由于外界壓力會引起材料內(nèi)在應力的改變，而應力又會引起能帶變化，使能谷能量產(chǎn)生移動，進而導致電阻率變化，這種效應稱為壓阻效應。在半導體中，由于壓阻效應而引起的電阻的改變占主導作用。半導體材料在受到外界壓力作用時，其電阻率的改變?nèi)缡剑?1） 所示。

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