Способ механической компенсации температурной зависимости чувствительности интегральных датчиков малых давлений Советский патент 1980 года по МПК G01L9/04 

мембран, нанесение пленки двуокиси кремния на внешнюю и внутреннюю поверхности тонких мембран, формирование тензочувствительных элементов и металлических выводов, -после термического окисления пластин-заготовок осуществляют последовательно операции формирования тензочувствительнык .элементов, металлических выводов и тонких кремниевых мембран, после чего на внутреннюю поверхность при наносят пленку двуокиси кремния, толщину которой вычисляют по Формуле:

ЫШ М- з - где y/f/ yy f- модуль упругости, коэффйциент Пуассона, толщина и температурный коэффициент расширения кремниевой мембраны;

модуль упругости, коэффициент Пуассона, толщина и температурный коэффициент расширения пленки двуокиси кремния на внешней поверхности мембраны;

)3) модуль упругости, коэффициент Пуассона, толщина и температурный коэффициент расширения пленки двуокиси кремния на внутренней поверхности мембраны;

1д - комнатная температура; t - температура образования пленки двуокиси кремния на внешней поверхности мембраны; t - температура нанесения

пленки двуокиси кремния на внутреннюю поверхност мембраны.

На чертеже изображен температурно-компенсированный чувствительный элемент интегрального датчика малых давлений, разрез.

Чувствительный элемент содержит тонкую-кремниевую мембрану 1, .пленку 2 двуокиси кремния на внешней поверхности мембраны, пленку 3 двуокиси кремния на внутренней поверхности мембраны тензочувствительные элементы 4, металлические (алюминиевые) выводы 5, кремниевую пластину- заготовку 6.

В качестве исходной пластины-заготовки б используется монокристаллический кремний марки КЭФ-1 толщиной 250 мкм, ориентированный в плоскости (100). Термическим окислением при 1200°С образуется слой двуокиси кремния толщиной 0,72 мкм, который используется в качестве маскирующего слоя на операциях формирования тензочувствительных элементов 4 (диффузи.оные тензорезисторы р-типа с поверхностным сопротивлением 200 ом/а и глубиной ди(Ьфузии 1,8 мкм) и алюминиевых выводов 5. Тонкие квадратные кремниевые мембраны 1 формируются путем анизотропного травления пластины-заготовки 6 в кипящем гидразинегидрате марки ЧДА, причем стороны мембран ориентированы по кристаллографическим направлениям 110. По завершении операций формирования тензочувствительных элементов 4, алюминиевых выводов 5 и тонки кремниевых мембран 1 вследствие термоупругих напряжений в системе кремний - двуокись кремния, вызванных различием температурных коэффициентов расширения кремниевой мембраны 1 и пленки 2 двуокиси кремния на внешней поверхности мембраны, появится прогиб мембраны 1 выпуклостью вверх. Величина прогиба изменяется в зависимости от температуры окружакией среды,что изменяет и чувствительность мембраны. Так, например, для мембран со сторонами 3)сЗ мм, толщиной 10 мкм, прогиб центра составляет 8 мкм. С целью устранения температурной зависимости чувствительности тонких кремниевых мембран 1 на их внутреннюю поверхность пиролизом тетраметоксисилана S i (ОСН )/, при 500С наносят пленку 3 двуокиси кремния толщиной 0,46 мкм, модуль упругости, коэффициент Пуассона и температурный коэффициент расширения которой отличается от толщины, модуля упругости, коэффициента Пуассона и температурного коэффициента расширения пленки 2 двуокиси кремния. При этом в системе кремний-двуокись кремния возникает такое распределение термоупругих напряжений, которое устранит первоначальный прогиб мембраны 1.

в лабораторных условиях МВТУ им.Баумана проводились экспериментальные исследования предлагаемого и известного способов, которые показали, что предлагаемый способ имеет температурный диапазон от -15°С до + 60с, а известный от +10с до +60с при одной и той же величине температурной погрешности 0,12%.

Кроме того, использование предлагаемого способа температурной компенсации 22% увеличивает на 22% выход годных температурно-компенсированных интегральных датчиков малых 5 давлений по сравнению с известным способом.

Формула изобретения

Способ механической компенсации 0 температурной зависимости чувствительности интегральных датчиков малых давлений, включающих термическое окисление при обеих поверхностей пластин-заготовок, формирование тонких кремниевых мембран, нанесение пленки двуокиси кремния на внешнюю и внутреннюю поверхности тонких мембран, формирование тензочувствительных элементов и металлических выводов, отличающийс я тем, что, с целью расширения . температурного диапазона использования и увеличения процента выхода . годных температурно-компенсированных интегральных датчиков малых давлений после термического окисления пластин -з-аготовок осуществляют последователь но операции формирования тензочувствительных элементов, металлическд€Х выводов и тонких кремниевых мембран, после чего на внутреннюю поверхность мембран пиролизом тетраметоксисилана при наносят пленку двуокиси кремния, толщину которой вычисляют по формуле (f-ja3}B, а,-у ,{) Tae.f -jjjf, модуль упругости, коэффициент Пуассона, толщина и температурный коэ фициент расширения кремниевой мембраны; ,модуль упругости, коэффициент Пуассона, толщ1 на и температурный коэг фициент расширения пленки двуокиси кремни; на внешней поверхности мембраны; модуль упругости ,коэффициент Пуассона, толщ на и температурный коэс фициент расширения плв ки двуокиси кремния на внутренней поверхности мембраны; t - комнатная температура; t, - температура обраэовани: пленки двуокиси кремни, на внешней поверхности мембраны; t - температура нанесенпя пленки двуокиси кремни на внутреннюю поверхность .мембраны, Источники информсщии, е во внимание при экспертиз атент США 3199345, 141, 1965. атент СЗПА 3753196, -4, 1973.