MEMS设计1号.docx

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MEMS设计1号

一．采用IntelliSuiteCADofMEMS设计一种压力传感器，要求：

1.给出传感器基本结构；

上图是压阻式压力传感器的示意图。

当有压力作用在敏感膜上时，敏感膜带动附着在其上的电阻发生形变，电阻由于压阻效应其电阻值会发生改变。

从而导致电阻两端输出电压的话，通过测量输出电压的变化就可以得到相应的压力大小。

2.采用3DBuilder建立仿真结构模型。

硅杯平面图

硅杯3D图

二．采用IntelliSuiteCADofMEMS分析软件对第一题中的压力传感器进行特性分析，要求：

1.给出模拟仿真条件；

（a）定义电阻

（b）定义多晶硅层

（c）定义硅杯

（d）加负载

（e）固定边界

固定侧面8个边。

（f）自动划分网格

2.给出分析结果。

（a）x轴方向

（b）y轴方向

（c）z轴方向

三．采用ANSYS设计一种加速度传感器，要求；

1.给出传感器基本结构和工作原理；

（a）背面（b）正面

加速度传感器结构示意图

在上图所示中设计了四端全固支的压阻式梁-岛结构作为高加速度传感器敏感元件的结构。

（a）图为背面（b）图为正面该结构梁的宽度和质量块的长宽均一致，压阻对称放置于四梁根部，可以很好地抑制非对称性结构引起的沿梁长度方向横向加速度的影响。

（a）压阻布置（b）电桥连接

压阻布置及连线对应示意图

U型压阻的布置如图（a）所示。

压阻条长度方向均沿X向放置。

当结构受敏感方向（Z向）加速度时，梁上压阻所受应力主要包括纵向应力和横向应力，R1、R3所受沿梁长度方向应力为纵向应力，垂直梁长度方向应力为横向应力；R2、R4所受梁长度方向为横向应力，垂直梁长度方向应力为纵向应力。

而沿梁长度方向的应力大于垂直梁长度方向的应力。

R1、R2、R3、R4组成的电桥中，R1、R3变化近似相同，R2、R4变化近似相同，但变化方向与R1、R3相反。

因此，可将它们串联成差分电桥，如图（b）所示。

1Vo1与2Vo2输出的电压差可在后续电路中处理得到加速度值。

2.采用ANSYS建立该传感器仿真模型；

（a）平面图（b）3D图

以上两图为运用ANSYS建立的加速度传感器平面图和3D立体图

3.分析给出传感器应力分布。

在质量块上施加20000Pa的应力的到传感器的位移图形如下3图所示

（a）X轴方向位移（b）Y轴方向位移

（c）Z轴方向位移

以下三图为应力分析图

（a）Y轴应力变化图（b）X轴应力变化图

（c）Y轴应力变化图

四．采用IntelliSuiteCADofMEMSIntelliFab模拟第一题中的微结构部分，要求：

1．给出模拟工艺过程；

（a）工艺过程

（b）掩膜板1

（d）掩膜板2

3.对工艺过程加以说明；3.给出模拟结果示意图。

生长500um的硅

双面生长二氧化硅

双面生长氮化硅

加载掩膜板1光刻硅杯口

加载掩膜板2光刻电阻扩散口

双面刻蚀二氧化硅

顶层腐蚀硅杯450um深

底层扩散1*1019/cm3的B

双面腐蚀氮化硅

双面腐蚀二氧化硅得到最终结果

五．采用IntelliSuiteCADofMEMSAniSE模拟第三题中微结构部分，要求：

1．给出光刻掩膜版及腐蚀工艺条件；

顶层掩膜板

底层掩膜板

腐蚀工艺条件

2．给出腐蚀结果。

背面

正面