Градуировка, балансировка и компенсация температурной погрешности мостовой схемы тензопреобразователей.

Балансировка наиболее просто осуществляется подстроенным внеш­ним резистором, включенным параллельно или последовательно с одним из плеч моста. Однако такое включение балансировочного резистора мо­жет внести дополнительную погрешность в температурный дрейф нуля мостовой схемы, если этот резистор имеет ТКС, отличный от ТКС тензоре­зистора, или если он находится при различных температурных условиях с ТП. Поэтому при каждой балансировке предпочтительно использовать подстроенные компоненты, изготовленные на одной подложке с мембра­ной за один технологический цикл, и, следовательно, имеющие темпера­турные характеристики, близкие к характеристикам тензорезистора. Такими компонентами могут быть, например, магазины диффузионных ре­зисторов. Другими методами балансировки является включение последова­тельно с измерительной диагональю моста балансирующего напряжения. Если для усиления сигнала ТП используется операционный усилитель (ОУ), то такое балансирующее напряжение может обеспечить схема внеш­ней регулировки напряжения смещения нуля усилителя. Градуировка: возможна путем изменения питающего напряжения (тока) или включения параллельно выходной диагонали моста шунтирую­щего сопротивления. Однако наиболее приемлемым для этой цели являет­ся регулирование коэффициента усиления последующего усилителя, вхо­дящего в схему ТП. Перспективны операционные усилители, изготовлен­ные на одном кристалле с тензорсзисторами или являющиеся составной частью гибридного ТП. Резисторы обратной связи ОУ, определяющие ко­эффициент усиления, можно выполнить по тонкопленочной технологии и подстраивать их в этих схемах с помощью лазера. Компенсация температурной погрешности: В принципе следует различать температурный коэффициент смеще­ния нуля и температурный коэффициент чувствительности и каждую от­дельную погрешность компенсировать индивидуально. Температурный коэффициент смещения нуля (примерно - 210'⁴К"') представляет собой температурную погрешность сигнала в нулевой точке шкалы. Он примерно в 10 раз меньше температурного коэффициента чув­ствительности (около - 2Т0'³К'¹). Простейший способ температурной ком­пенсации состоит в так называемой пассивной компенсации с помощью резисторов и датчика температуры. В настоящее время известно большое число специально созданных полупроводниковых резисторов с сильной температурной зависимостью. Однако полупроводниковые резисторы с более или менее линейной зави­симостью сопротивления от температуры имеют только отрицательные значения ТКС (термисторы). Резисторы с положительным ТКС имеют в диапазоне от 20 до 150 °С большую крутизну, оставаясь в области ниже 20 °С постоянными. Эти типы удобны для процессов с термическим ре­лейным срабатыванием и в меньшей степени для компенсации и регули­рования. Поэтому для компенсации коэффициента чувствительности моста в первую очередь предполагается применение терми­сторов с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Компенсация чувствительности с помощью одного постоянного ре­зистора привлекательна благодаря простоте и возможности ее реализации путем изготовления Рд в виде тонкопленочного или толстопленочного подстраиваемого резистора. Однако необходимо помнить, что такая схема применима не для всех случаев, а только при определенной степени леги­рования, когда выполняется условие у > Х\- Кроме того, для сохранения первоначального выходного сигнала тензомоста необходимо увеличивать напряжение питания в (1+R_;1/R) раз. Балансировка мостовой схемы с помощью внешней регулировки напряжения смещения нуля операционного усилителя:

44.Технология изготовления интегральных тензопреобразователей.

Технология изготовления интегральных механоэлектрических пре­образователей хотя и базируется на общей технологии ИМ (фото- или электронной литографии, диффузии или ионной имплантации, металлиза­ции и др.), однако предполагает разработку и использование специфиче­ских технологических операций. К ним относятся формирование упругого элемента преобразователя, точное расположение тензочувствительных компонентов на упругом элементе, взаимное соединение отдельных конст­руктивных элементов преобразователей и др. Подготовка исходных пластин. Этот этап предполагает, во- первых, изготовление однородных по толщине пластин с соответствующей структурой. Для этого используются стандартные методы выращивания авто- и гетероэпитаксиальных слоев кремния, а также слоев поликристал- лического кремния. Микронсровности на поверхности упругого элемента определяют неравномерность его толщины, играют роль концентраторов механических напряжений, влияя на характер их распределения. Если поверхность кремниевой пластины, полученную непосредст­венно после резки слитка, с микронеровностями порядка нескольких де­сятков микрометров подвергнуть полирующему травлению, то после уда­ления слоя кремния около 50-70 мкм удается получить полированную слегка волнистую поверхность с микронеровностями порядка нескольких микро­метров. Окисление пластины. Этот этап является хорошо исследованным. Однако по сравнению со стандартной технологией здесь есть особенности. Во-первых, качественный окисел должен быть получен с обеих сторон пластины. Во-вторых, толщина окисла определяется уже не только обыч­ными требованиями (например, защитными свойствами при диффузии примесей, паразитными емкостями проводников на подложку и т.п.), но и специфическими. Двухстороннее совмещение, или совмещение изображений компо­нентов или деталей упругих элементов на разных сторонах полупроводни­ковой пластины можно использовать: для формирования упругих элементов сложной формы; для точного взаимного расположения компонентов интегральной схемы и упругого элемента. Необходимо отметить, что при изготовлении тензочувствительных компонентов механоэлектрических преобразователей нужно решать также задачу ориентации этих компонентов вдоль определенных кристаллогра­фических направлений на поверхности полупроводниковой пластины. К известным способам двухстороннего совмещения относятся: совмещение в инфракрасном свете; двухсторонняя фотолитография; совмещение по сквозным отверстиям. Совмещение в инфракрасном свете. В настоящее время это наибо­лее совершенный, простой и точный способ двухстороннего совмещения. Оно проводится на специальных установках. Сначала на одной стороне пластины обычными способами планарной технологии формируется рису­нок компонентов ИС или их деталей, например, создаются тензочувстви- тельные элементы. Двухсторонняя фотолитография. Суть этого метода заключается в том, что фоторезист наносят на обе стороны пластины, которую после это­го помещают в специальное приспособление между предварительно со­вмещенными фотошаблонами, и производят экспозицию фоторезиста с двух сторон. К преимуществам двухсторонней фотолитографии относится про­стота: способ может быть освоен в условиях стандартной фотолитографии. К недостаткам можно отнести сравнительно невысокую точность совме­щения. Совмещение по сквозным отверстиям. Суть этого метода заключа­ется в следующем. С одной стороны кремниевой пластины проводится фо­толитография, и с помощью локального травления создаются сквозные от­верстия по периферии пластины, которые впоследствии служат реперными знаками для совмещения изображения на одной и другой сторонах пласти­ны. Изготовление интегральной тензо схемы. Это стандартный пла­нарный процесс изготовления ИС. Для изготовления ТП в принципе мож­но использовать любые модификации планарного процесса, применяемого для изготовления МС как на биполярных, так и на МДП-транзисторах. Микропрофилирование пластин является основным специфиче­ским этапом технологии изготовления ТП. Необходимо отметить, однако, что химическое микропрофилирование, в частности анизотропное травле­ние кремния, уже довольно широко используется в технологии ИС. Изотропное травление является одним нз самых известных и рас­пространенных способов локального микропрофилирования. Оно широко распространено в технологии интегральных микросхем, поэтому именно оно было использовано одним из первых для изготовления упругого эле­мента интегрального механоэлектрического тензопреобразователя. Травление поликристаллического кремния. Разработка так назы­ваемого эпик-процесса положила начало широкому применению поликри­сталлического кремния при производстве интегральных микросхем. Ис­пользование этого процесса полезно в некоторых случаях при изготовле­нии ТП. Электроискровой способ микропрофилирования. Электроискровую обработку различных материалов издавна использовали в машиностроении и приборостроении. Быстрота и довольно высокая точность процесса при­влекли к нему внимание разработчиков ИП. Микропрофилирование сапфира основано на травлении в потоке водорода и СН₄ при температуре 1900 °С и давлении 1.3 Па. Локальность травления обеспечивается маскированием поверхности сапфировой пла­стины с помощью вольфрамовой пленки, выращенной из парогазовой сме­си. Анизотропное травление кремния (АТ). Известно, что в процессе травления на поверхности кристалла образуются микроскопические сту­пеньки, которые перемещаются по поверхности в процессе травления. В результате локального анизотропного травления пластины крем­ния образуется объемная фигура травления, обладающая конкретной кон­фигурацией плана и микропрофиля, которые определяются: ориентацией исходной поверхности пластины кремния; видом маски для локального травления (для формирования лунок или меза-структур); формой маски для локального травления; ориентацией маски для локального травления на поверхности пла­стины кремния; типом анизотропного травителя; концентрацией компонентов травителя; температурой травителя; временем травления. Разделение пластин на кристаллы. Этот этап также имеет некото­рую специфику по сравнению с аналогичным этапом производства тради­ционных ИМС.

Применение ДД: интегральные преобразователи давления с профилированной мембраной, интегральные преобразователи давления на основе гетероэпитаксиальных структур, интегральные кремниевые тензопреобразователи, преобразователь давления с подстроечными резисторами на кристалле.

Принципиальным отличием чувствительных элементов преобразователей ENDEVCO является то, что вместо однородной по толщине мембраны в них использованы специаль­ным образом профилированные мембраны с концентраторами механиче­ских напряжений в месте расположения тензорезисторов. Это позволяет получить более высокую чувствительность при сохранении собственной резонансной частоты, либо увеличить резонансную частоту при сохраности чувствительности. Кроме того, это значительно увеличивает проч­ность мембраны. Принцип устройства такого чувствительного элемента на примере мембранного преобразователя давления. Жесткий центр мембраны, состоящий из двух островков пластины исходной толщины, сформирован анизотропным травлением. Узкая полос­ка между двумя островками и полоска между островком и "берегом" - тол­стым кольцевым основанием мембраны являются концентраторами меха­нических напряжений, возникающих при воздействии избыточного давле­ния. Интегральные преобразователи давления на основе гетероэпитаксиальных структур: Использование в ЧЭ гетероэпитаксиальных монокристалличсских полупроводниковых пленок на монокристаллических диэлектрических подложках открывает возможности улучшения ряда характеристик ТП. Конструктивно датчик состоит из тензопреобразователя на основе КНС-структуры, встроенного усилителя на основе серийных операцион­ных усилителей УТ401 и корпуса. На основе КНС-структур созданы комплексы промышленных тензо­резисторных датчиков "Сапфир" и "Сапфир-22", включающие датчики аб­солютного и избыточного давлений, разрежения, разности давлений, рас­хода жидкостей и газов, уровня жидких сред. Комплекс "Сапфир-22" предназначен для взрывобезопасного произ­водства и имеет улучшенные технико-экономические показатели. Интегральные кремниевые тензопреобразователи: В Гиредмете была разработана технология создания чувствительного элемента с применением электроэрозионной обработки и химического травления. Применение электроэрозионной обработки позволяет получить "ста­канчик" цилиндрической формы глубиной до 0.5 мм. Толщина мембра­ны составляет 80 - 100 мкм. Тензорезисторы p-типа проводимости сформированы путем диффу­зии бора в эпитаксиальный слой n-типа проводимости с удельным сопро­тивлением 5-10 Ом. Тензорезисторы, расположенные в центре мембраны и на перифе­рии, испытывают деформации разного знака. В разрыв между ТР можно включать балансировочные резисторы для устранения начального разба­ланса. Кроме того, схема с двумя полумостами позволяет питать датчик не только от источника напряжения, но и от источника тока. Интегральный тензорезисторный преобразователь давления с круг­лой мембраной выполнен в виде круглого кристалла кремния, плоскость которого ориентирована в кристаллографической плоскости. На мембране выполнены три полные мостовые схемы. Крат­кая техническая характеристика: диаметр и толщина кристалла 3-0.3 мм; диаметр и толщина мембраны 10.01 мм. Преобразователь давления с подстроенными резисторами на кристалле: Чувствительными элементами являются тензорезисторы р-типа, из­готовленные на мембране методом ионного легирования примесей. Объе­динение тензорезисторов в мостовую схему и электрическое соединение узлов моста с металлизированными контактными площадками, располо­женными по периферии кристалла, осуществляется с помощью р'-слоя. На основании кристалла изготовлены также два идентичных магази­на подстроечных резисторов, предназначенных для начальной балансиров­ки мостовой схемы. Магазины включены в смежные плечи моста и содер­жат по шесть резисторов. Все подстросчные резисторы в исходном состоянии зашунтированы тонкими металлическими перемычками, под которыми отсутствуют токове- дущие дорожки из высоколегированного кремния. При осуществлении ба­лансировки мостовой схемы для включения требуемых резисторов соответ­ствующие перемычки могут либо разрушаться путем механического воздей­ствия, либо пережигаться электрическим током или лазерным лучом. Прибор предназначен для измерения давлений в диапазоне (0-+3.3)-10⁴Па. Диапазон измеряемых преобразователем давлений может варьиро­ваться в зависимости от толщины кремниевой мембраны от сотен Па до единиц МПа. Поэтому разработанный прибор может явиться основой для создания ряда миниатюрных измерителей давления не только для биофи­зических, но и для общетехничсских применений.

46.Датчики аэрогазодинамических давлений. Датчики предназначены для измерений нестационарных давлений на модулях, испытываемых в аэрогазодинамичсских установках в диапазоне от 0 - 0.022 МПа (0 - 0.22 кгс/см²) до 0 - 4.0 МПа (0 - 40 кгс/см²). Требования, характеризующие условия применения:температура окружающей среды от - 90 °С до +100 °С. Время воз­действия температуры 10 мин;воздействие синусоидальных вибраций до 100 м с' в диапазоне частот 2000 Гц;давление измеряемой среды от 0 до Рном.Требования к электрическим параметрам:питание датчиков давления должно осуществляться от источника постоянного тока напряжением (6.0±0.06) В;электрическое сопротивление изоляции между корпусом датчика давления и контактами разъема при относительной влажности до 80 % и температуре окружающей среды (25±10)°С должно быть не менее 20 МОм;номинальный выходной сигнал при воздействии номинального давления должен быть в пределах (100±20) мВ;величина сопротивления диагоналей мостовой схемы должна быть47 - 1.8 кОм;начальный выходной сигнал должен быть в пределах ±5 мВ;время готовности датчиков давления к работе 30 с.Требования по надежности:время непрерывной работы датчиков давления в рабочих условиях применения должно быть не более 10 мин. Перерыв между включениями 70 мин;вероятность безотказной работы в условиях эксплуатации должна быть не менее 0.95;назначенный ресурс работы датчиков давления в рабочих услови­ях применения - 1 ч, в нормальных условиях применения - 100 ч.Основным узлом датчика давления является чувствительный эле­мент поз. 4, состоящий из кристалла, прикрепленного к бусе из стекла ИХС-10 методом электростатического соединения. Кристалл выполнен в виде профилированной мембраны размером 3x3 мм ориентации (100) из монокристаллического кремния, на которой методом диффузии сформиро­ваны тензорезисторы, объединенные в мостовую схему.Соединение тензомоста с колодкой поз. 2 осуществляется золотыми проводниками Кр. 3 л. 999.9 диаметром 0.05 мм, которые развариваются на контактные площадки схемы способом ультразвуковой сварки.Датчик давления заканчивается разъемом РГС 7 ТВ, на плате уста­новлены подстроечные резисторы начального Uo и номинального Umom выходных сигналов.Функциональная схема датчика давления:

чувствительность к давлению мембранного преобразователя с мостовой тензорезистивной схемой и источником питания с напряжением Е. температурный дрейф нуля температурный коэффициент чувствительности датчика. При выборе формы упругого элемента необходимо учитывать сле­дующее: форма упругого элемента, по всей длине полупроводниковых тензорезисторов деформация от воздействия усилия должна быть постоянной; уровень деформации выбирается так, чтобы при номинальной на­грузке и напряжении питания Е„ - 6 В на выходе получалось напряжение 100 мВ.

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: