采用MEMS技术研制硅悬臂梁流速传感器

摘要

本文研制的硅悬臂梁流速传感器是在硅杯的悬臂梁根部采用MEMS技术制作四个P-MOSFETs组成惠斯通电桥,令两个P-MOSFETs置于硅敏感膜的径向位置,而另外两个置于横向位置。在流体作用在流速传感器表面对硅悬臂梁施加压力,悬臂梁根部电桥中两个径向的P-MOSFETs沟道等效电阻阻值增大,两个横向P-MOSFETs沟道等效电阻阻值减小。因此使桥路失去平衡,在激励源供电情况下,输出端产生端电压输出,从而实现了将压力信号(即流体的流速)转化为与之有对应关系的电压信号输出。
　　 本文在综述了国内外流速传感器研究概况的基础上,论述了硅悬臂梁流速传感器的结构设计、工作原理、制造工艺,对实验研制的流速传感器的Ⅰ-Ⅴ特性、温度特性进行了实验测试和静态特性分析。实验结果表明,研制的硅悬臂梁式流速传感器灵敏度为34.70mV／10 L／min,线性度为±3.34％F·S,迟滞为±0.137％F·S,重复性为±0.262F·S,精度是3.353％F·S,符合设计要求。
　　 本课题采用P-MOSFET沟道等效电阻做压敏电阻,不但增强了传感器的稳定性,降低了传感器的噪声,而且测量信号稳定,温度特性较好,灵敏度较高,能够客观地、准确地采集到微小流体的流速。基于MEMS技术制作的硅悬臂梁流速传感器的制作工艺与集成电路工艺相兼容,有广泛的应用前景。