4.2 阳极键合

目前真空腔的形成多采用Si—Si键合或者阳极键合。本方案采用阳极键合,是因为阳极键合比Si—Si键合的要求低。首先温度只需要400~500℃,其次表面光洁度要求也相对较低。本工艺过程中存在金属电极,不适于用高温;键合面存在高约1400 nm,宽为20μm的电极引线,键合面的SiO2经过一定程度的KOH各向异性腐蚀后粗糙度为100nm左右,经过试验证明,键合情况良好(图5),并具有良好的密封效果。

4.3 反应离子深刻蚀

反应离子深刻蚀(DRIE)能刻出非常深的垂直结构,本试验用于最后硅薄膜的形成。DRIE的刻蚀效果(刻深为250 μm)没有KOH腐蚀的平坦,刻蚀表面比较粗糙,表面颗粒起伏为几个微米,如图6。此外刻蚀存在不均匀性,75 mm硅片四周已经刻到电极露出,而硅片中央的电极还没有露出。深刻蚀的不均匀性与刻蚀表面的图形有着密切的联系,但其中的成因和机理目前还没有具体合理的理论和解释说明。因而无法从理论上指导规划刻蚀表面的形状设计,更多的是依靠经验手动凋整。

5 、试验结果与分析

制成的传感器样片。薄膜尺寸为2 mm2 mm,膜厚理沦设计为10 μm,但由于硅片本身厚度存在20 μm的起伏误差,且经过KOH各向异性腐蚀以及反应离子深刻蚀之后已经难以保证设计要求,实际膜厚10~30μm不等。

在室温19.34℃的条件下,对压力传感器进行测量。测量设备为Druck的DPI610IS,测量电路采用了AD公司的AD7745电容测量芯片,精度能达到4 fF。测量曲线如图7所示,测试精度为8.1‰。由于硅薄膜较厚,测量范围内的线性部分不多,此外电容电极的面积利用率不高使得电容的变化量也小,这些都是造成性能不高的主要原因,但由图可以看出测量曲线存在很好的一致性和重复性。

6、 结论

利用硅膜的良好机械特性,采用接触式的结构,通过简单标准的工艺制造出了电容式压力传感器样片。经过对传感器的测试和分析,证明这种传感器可应用于气象压力的测量。如何改进结构设计和工艺制造,提高传感器的测量精度是下一步研究工作的重点。