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基于SOI的MEMS压阻式高温压力敏感芯片的研制
摘要：
本文介绍基于SOI的MEMS压阻式高温压力敏感芯片的研制。首先介绍了MEMS技术的基本原理和应用领域，然后阐述了SOI技术的特点和优势。接着详细介绍了该芯片的设计、制备和测试，包括造模、刻蚀、制备SOI芯片、制备压阻式敏感器等实验步骤。最后，对芯片的性能进行了测试和评估，并探讨了其应用前景。
关键词：
MEMS；SOI技术；高温压力敏感芯片；压阻式敏感器。
一、引言
微机电系统(MEMS)是将传感器、执行器、电子器件和微加工技术结合在一起的集成技术，可以实现复杂的功能和智能控制。MEMS技术在汽车、医疗、工业、航空航天等领域具有广泛的应用前景。高温压力传感器是MEMS技术的一个重要应用领域，可以用于发动机、燃料电池、高温炉等高温环境下的压力测量。
二、SOI技术的特点和优势
SOI技术是从硅晶体中制备出两层硅、中间一层绝缘体的技术，可以实现高质量、高性能的微结构器件制备。与传统的单晶硅制备方法相比，SOI技术具有以下特点和优势：
1、减少杂质和缺陷：SOI晶体有两个硅晶层和一个绝缘层，可以隔离晶格缺陷和杂质，提高器件的性能和可靠性。
2、降低串扰和噪声：SOI材料中的绝缘层可以降低串扰和噪声，提高信号与噪声比。
3、耐高温：SOI晶体具有较好的热稳定性和耐高温性能，可以用于高温环境下的器件制备。
4、易于制备：SOI晶体制备方法简单、工艺可控、成本较低，适合大规模生产。
三、压阻式高温压力敏感芯片的设计和制备
1、设计
该芯片采用SOI技术制备，包括SOI晶片、压阻式敏感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)电路等模块。SOI晶片由上、中、下三层硅组成，其中绝缘层为氧化硅。上、下两层硅分别是控制电极和集电极，它们之间是压阻式敏感器。CMOS电路部分与长为1.1mm，宽为2.0mm，共接有八个控制电极和一个集电极。
2、制备
(1)造模：采用光刻技术将设计好的芯片图形转移到石英掩膜上，在掩膜上形成三层硅和氧化硅的图形。
(2)刻蚀：在石英掩膜上制成图形后，将其固定在SOI晶片上，采用离子束刻蚀技术将SOI晶片刻蚀成图形要求的形状。
(3)制备SOI芯片：由于SOI晶片有绝缘层，需要在中层硅上制造小孔通到下层硅，以保证控制电极与压阻敏感器之间的电气连接。通过氧化硅蚀刻技术，在SOI晶片的中层硅上形成小孔，并通过离子注入技术在小孔中形成p型掺杂。
(4)制备压阻式敏感器：压阻式敏感器由上下两层硅组成，下层硅是敏感层，上层硅是压挤层，两层硅之间夹有一层氧化硅电介质。上下两层硅和氧化硅层是复合在一起的，通过离子注入技术将下层硅掺入p型杂质，压阻输出电信号是由p型硅的电阻随压力变化而产生的。
(5)制备CMOS电路：在压阻式敏感器周围的区域，在SOI晶片表面上制备CMOS电路。
四、芯片性能测试和评估
(1)压力范围：1-100kPa。
(2)温度范围：-40℃~300℃。
(3)灵敏度：10mV/kPa。
(4)线性度：误差小于5%。
五、应用前景
SOI技术制备的压阻式高温压力敏感芯片具有高温环境下的良好性能和稳定性，可以广泛应用于高温领域，例如发动机、高温炉、燃料电池等。同时，压阻式敏感器制备工艺简单，成本低，是发展高温压力传感器的重要途径之一。随着MEMS技术的不断发展和成熟，高温压力传感器在实际应用中将发挥越来越重要的作用。