Разработка теоретических основ проектирования сенсоров давления с тензочувствительными элементами специальной формы

• Автор: Гридчин, Александр Викторович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 192 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Содержание
Введение
Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
1.1. Текущее состояние вопросов проектирования квазихолловских ТЧЭ
1.2. Физические эффекты, возникающие в квазихолловском ТЧЭ
1.2.1. Изменение электропроводности кремния под воздействием анизотропной деформации
1.2.2. Сдвиговый тензорезистивный эффект
1.2.3. Влияние температуры на параметры квазихолловского ТЧЭ
1.2.4. Нелинейность, ее причины и метод учета
1.3 Технические характеристики сенсоров типа Х-йисег
1.4 Выводы. Постановка задачи диссертации
Глава 2. МЕХАНИЧЕСКИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТАХ
2.1 Введение
2.2 Линейная модель механических напряжений и деформаций в УЭ
2.3 Сравнение распределений прогибов и механических напряжений в УЭ
2.4 Характер механических напряжений вблизи края жестко защемленной мембраны
2.5. Нелинейность в упругих элементах
2.6. Выводы
Глава 3. ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С КВАЗИХОЛЛОВСКОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ
3.1 Введение
3.2 Линейная модель квазихолловского ТЧЭ
3.3 Расчет сдвиговой компоненты тензора относительной электропроводности
3.4. Применение конформных отображений к расчету ТЧЭ

3.4.1 Общая идея метода
3.4.2. Расчет геометрического фактора (поправочной функции) для различных ТЧЭ специальной формы
3.4.3. Расчет коэффициента формы для различных ТЧЭ
3.5. Греческий крест, как элемент электрической схемы сенсора механических величин
3.5.1. Расчет поверхностного сопротивления с учетом анизотропии механических свойств кремния
3.5.2. Расчет входного сопротивления структуры Греческий крест
3.5.3 Расчет компонент zn и z22 ТЧЭ с осью симметрии второго порядка
3.5.4. Расчет компоненты z12 квазихолловского ТЧЭ
3.6 Сравнение чувствительности квазихолловеких ТЧЭ и мостовых схем
3.7. Нелинейность квазихолловского ТЧЭ
3.8 Выводы
Глава 4. ТРЕХКОНТАКТНЫЕ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
4.1 Введение
4.2 Теория трехконтактного ТЧЭ
4.3 Оценка выходного сигнала трехконтактного ТЧЭ
4.4 Линейная модель трехконтактного ТЧЭ
4.5 Оценка чувствительности трехконтактного ТЧЭ
4.6 Перспективы развития
4.7 Выводы
Глава 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕНЗОПРЕОБРА-ЗОВАТЕЛЕЙ С ОДНОСВЯЗНОЙ ОРТ
5.1 Введение
5.2 Топология и проектирование ТЧЭ
5.3 Технология изготовления
5.4. Экспериментальное оборудование
5.5. Методика экспериментов

5.6. Результаты и их обсуждение
5.7. Выводы
Заключение
Список литературы

Глава
МЕХАНИЧЕСКИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТАХ
2.1 Введение
В настоящее время в литературе под упругим элементом (УЭ) подразумевают три типа элементов: балки, пластины и мембраны [25]. Однако, практически все применяемые в настоящее время сенсоры давления как на эффекте пьезосопротивления, так и на эффекте изменения емкости, имеют упругие элементы типа мембраны, сформированной методом анизотропного или изотропного травления из кремния р- или н-типа. Подавляющее большинство мембран имеют прямоугольную или квадратную форму, но встречаются и круглые мембраны. [15,17,26-28]. В подавляющем большинстве мембраны для промышленных сенсоров механических величин изготовлены из кремния и-типа, с кристаллографической плоскостью (100) и ориентацией сторон х || [110], || [110], г || [001]. Изготовление
мембран из кремния с другими кристаллографическими плоскостями затруднительно, хотя и возможно [29]. Трудность в изготовлении мембран связана с методом их получения.
В настоящее время основным методом для получения тонкой мембраны оказалось жидкостное травление, так как позволяет обеспечить высокую точность при воспроизведении размеров окна фотошаблона. Другие методы - изотропное травление [29] и плазмохимическое травление [30] не обеспечивают в настоящее время нужной точности, а также (в случае плазмохимического травления)- качества вытравленного профиля. Основные травители, согласно [29] - это ЭДП (эти-лендиамин-пирокатехол) и водный раствор КОН. Профиль, получаемый с их помощью, образуется пересечением кристаллографических плоскостей. В наиболее распространенном случае боковые стенки канавки образованы пересечением плоскостей (111), наклоненных под углом 54.7° с кристаллографической плоскостью (100) (рис.2.1). При другой кристаллографической плоскости [29] угол на-