压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应构成的。以单晶硅膜片为弹性元件,在单晶硅膜片特定方向上采用MEMS离子注入工艺,注入一定剂量的离子(硼离子,磷离子,砷离子等),构成一组等值电阻,并将电阻接成惠斯通电桥,单晶硅膜片置于传感器腔内。当压力发生变化时,单晶硅产生应变,使位于膜片上电阻产生与被测压力成正比的变化,再由桥式电路获取相应的电压输出信号。位于单晶硅膜片上的电阻(即压阻材料)由离子注入工艺形成,其阻值与注入的离子在单晶硅深度方向上的浓度分布及环境温度有关,如下图所示。注入的离子浓度分布由离子注入的工艺条件(如注入剂量,离子种类,注入能量等)决定。
当前,大多数的多物理场分析软件仅能在压阻系数已知的情况下对压力传感器等器件进行性能分析。实际工艺过程中,压阻系数通常难以确定,而注入离子的浓度分布则容易测得,离子注入的工艺条件也容易得知。为此,IntelliSuite软件的TEM模块拓展了压阻材料的分析功能,在已知注入离子的浓度分布或离子注入的工艺条件的情况下,即可以进行压阻材料器件的仿真分析。
01 设计版图
用Blueprint模块设计版图文件
02 工艺流程
用IntelliFab模块设计工艺流程
03 工艺模拟
用FabSim模块进行物理级工艺模拟
04 提取器件级仿真分析模型
05 器件级仿真
◆ 设置分析类型:
◆ 设置材料参数:
TEM模块提供三种设置压阻材料的方法:
a. 以表格的形式直接设置压阻系数P11, P12, P44;
b. 以实测注入压阻材料的纵向离子浓度分布,半导体类型及工作温度等条件计算压阻系数;
c. 以注入剂量、离子种类及注入能量等离子注入工艺条件计算压阻系数。
(a)设置压阻系数
(b) 由实测离子浓度分布,半导体类型及温度等条件计算压阻系数
◆ 设置边界条件:
◆ 设置载荷:
06 分析结果
(a) 应力
(b) 位移
07 提取阻值分析
◆ 设置载荷:
◆ 设置载荷:
(a) 电压载荷:0V
(b) 电压载荷:5V
(c) 温度载荷:25℃
08 提取电阻分析结果
(a) 节点电势
(b) 节点电势
(c) 图(a)与图(b)两节点电势差与硅表面压力载荷关系
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