《力学量敏感器件及其应用》求取 ⇩

目录1

绪论1

第一章 半导体压阻效应5

1.1 晶面和晶向5

1.1.1 硅晶体结构5

1.1.2 晶面和晶面指数7

第三章 半导体力学量敏感器件的设计 58

1.1.3 晶向9

1.2 外力作用下半导体能带结构和载流子运动10

1.2.1 应力、应变的基本概念及半导体的受力基本方式10

1.2.2 液体静压强作用下的半导体能带结构13

2.2.2 受均布压力的等厚圆板14

1.2.3 单轴应力下的能带结构16

1.2.4 在应力大于10dyn/cm2情况时的能带结构19

1.3 压阻系数22

1.3.1 在晶轴坐标系中压阻系数及计算方法22

1.3.2 硅在各种应力情况下的压阻系数27

第二章 弹性元件的力学分析34

2.1 梁式弹性元件和受扭圆筒的力学分析34

2.1.1 梁式弹性元件34

2.1.2 受到扭矩的薄壁圆筒37

2.2 圆板形弹性元件的力学分析38

2.2.1 圆板的小挠度分析39

2.2.3 受均布压力的厚度阶梯形变化47

2.3.1 基本微分方程和求解方法50

2.3 矩形板和方板的力学分析50

2.3.2 里兹法52

2.4 各向异性和大挠度的影响53

2.4.1 各向异性板的分析53

2.4.2 板的大挠度分析55

3.1 力敏电阻连接方式的选择58

3.1.1 恒压源供电59

3.1.2 恒流源供电61

3.2.1 计算法62

3.2 晶向的选择62

3.2.2 图表法67

3.3 扩散电阻位置的确定73

3.3.1 C形硅弹性膜片电阻位置的典型设计方法73

3.3.2 力敏电阻为任意晶向76

3.4 高精度传感器的设计78

3.4.1 非线性产生的原因79

3.4.2 设计实例81

3.5 硅弹性膜片形状及几何尺寸的设计83

3.5.1 硅弹性膜片形状的选择83

3.5.2 硅圆形弹性膜片的几何尺寸86

3.5.3 力敏元件的设计88

3.6 晶向所在晶面的验证94

3.6.1 两晶向互相垂直的验证94

3.6.2 晶向所在晶面的验证95

第四章 工艺参数的选择96

4.1 衬底材料的选择96

4.1.1 导电类型和电阻率96

4.1.2 位错密度97

4.1.3 晶面和晶向98

4.1.4 衬底切割的质量要求98

4.2.1 力敏电阻的温度效应99

4.2 表面掺杂浓度99

4.2.2 掺杂浓度的选择101

4.3 扩散结深103

4.3.1 结深与击穿电压的关系103

4.3.2 结深与电阻温度效应105

4.4 钝化方式的选择105

4.4.1 二氧化硅钝化106

4.4.2 氮化硅（Si3N4）钝化108

4.4.3 低压化学汽相淀积多晶硅（LPCVD）及掺氧半绝缘多晶硅（SIPOS）钝化111

第五章 特殊工艺113

5.1 N型单晶硅弹性膜片的制备工艺113

5.1.1 磨杯工艺113

5.1.2 化学腐蚀117

5.2.1 外延层弹性膜片的制备120

5.2 新型硅弹性膜片的制备工艺120

5.2.2 多晶硅弹性膜片的制备122

5.2.3 硅-尖晶石、硅-蓝宝石半导体弹性膜片的制备123

5.3 封接工艺124

5.3.1 化学粘结法124

5.3.2 金属化封接126

5.3.3 橡胶圈封接127

5.3.4 静电封接127

5.3.5 低温玻璃封接129

6.1.1 绝对误差130

6.1.2 相对误差130

第六章 参数测试130

6.1 测量误差130

6.2 传感器的特性131

6.2.1 传感器静态特性132

6.2.2 传感器动态特性136

6.3 传感器的其它特性143

6.3.1 温度特性143

6.3.2 时漂特性144

6.3.3 电气特性145

6.3.4 传感器的综合精度145

6.4.1 测试条件146

6.4 测试条件及测试设备146

6.4.2 压力测量设备简介147

6.5 力学量传感器的主要参数的测量方法151

6.5.1 量程范围及压力灵敏度的测量方法152

6.5.2 温度漂移系数及环境温度的测量153

6.5.3 长时间漂移155

6.5.4 传感器非线性及综合精度测量156

6.6 测量结果的数据处理158

6.6.1 有效数字的处理158

6.6.2 对多余有效数字的处理159

6.6.3 等精度测量结果的数据处理159

7.1.1 零点温度漂移系数的分析163

第七章 温度漂移的分析及补偿方法163

7.1 零点温度漂移系数和灵敏度温度漂移系数的分析163

7.1.2 灵敏度温度漂移系数的分析164

7.2 产生温度漂移的工艺原因165

7.3 力敏电阻的等效电路169

7.4 零点温度漂移补偿方法170

7.4.1 半桥电路零点温度漂移补偿171

7.4.2 全桥电路零点温度漂移补偿172

7.5 灵敏度温度漂移补偿方法176

7.5.1 恒压源供电的灵敏度温度漂移补偿法177

7.5.2 恒流源供电的灵敏度温度漂移补偿法178

8.1.1 硅压阻式力敏器件的集成化186

第八章 压阻式集成压力敏感器件186

8.1 硅压阻式力敏器件的集成化186

8.1.2 力敏器件集成化引起的新矛盾189

8.2 集成压力敏感器件全桥的设计191

8.3 单块集成压力敏感器件195

8.3.1 带温度补偿的集成压力敏感器件195

8.3.2 带放大器的单块集成压力敏感器件197

8.3.3 频率输出型的单块集成压力传感器200

8.3.4 单块集成压力敏感器件的版图设计202

8.4 混合集成压力敏感器件205

9.1.1 工作原理208

9.1 加速度传感器208

第九章 力学量传感器原理及结构208

9.1.2 设计方法与典型结构211

9.1.3 生物工程用微型加速度传感器214

9.2 扭矩传感器216

9.2.1 扭矩传感器工作原理216

9.2.2 扭矩传感器的典型结构217

9.3 荷载传感器219

9.3.1 原理219

9.3.2 结构221

9.3.3 设计中应注意的问题222

9.4.1 工作原理223

9.4 压力传感器223

9.4.2 典型结构224

9.4.3 绝对压力传感器226

9.4.4 半导体应变片式压力传感器228

9.5 流体传感器235

9.5.1 工作原理235

9.5.2 典型结构235

9.5.3 高静压低差压传感器239

9.6 集成压力传感器243

10.1 压力敏感电容器246

10.1.1 压力敏感电容器的结构246

第十章 电容式集成压力敏感器件246

10.1.2 用压力敏感电容器构成电容式压力敏感器件的基本方法247

10.2 力敏电容的设计251

10.2.1 圆形膜的压敏电容251

10.2.2 环形力敏电容的设计256

10.2.3 方膜上的压敏电容259

10.3 电容式集成压力敏感器件260

10.3.1 电压输出型的电容式集成压力敏感器件260

10.3.2 带驱动源和放大器的集成电容式压力敏感器件264

10.3.3 频率输出型电容式集成压力敏感器件266

第十一章 各种力学量传感器的应用269

11.1 力学量传感器应用系统269

11.1.1 桥路供电电源270

11.1.2 放大器275

11.1.3 模拟／数字转换（ADC）280

11.1.4 显示器与记录器286

11.2 力学量传感器应用举例291

11.2.1 压力传感器291

11.2.2 流量传感器295

11.2.3 加速度传感器301

11.3 提高力学量传感器应用效果的措施303

11.3.1 信号串联303

11.3.2 引压304

11.4 力学量传感器与微型计算机306

参考文献314

附录317

1．t分布表317

2．串并联电阻的补偿电路公式推导317

3．二极管补偿电路公式的推导321

附表324

表1 力的单位换算表324

表2 压力单位换算表326

表3 力矩（或扭矩）单位换算表332

表4 线性加速度单位换算表334

表5 质量流量单位换算表334

表6 体积流量单位换算表338