|
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.)... 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... Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|