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nc-Si:H薄膜晶体管压磁传感器模型与集成化研究

  成果简介:本项目通过分析nc-Si:H薄膜微结构特性,揭示nc-Si:H薄膜导电机制,采用CVD方法研究高质量nc-Si:H薄膜制备,并利用薄膜特性测试分析影响nc-Si:H薄膜特性主要因素。在此基础上,基于MEMS技术和CMOS工艺开展集成传感器技术研究。首先建立了nc-Si:H薄膜晶体管压/磁传感器、单片集成三维磁场传感器基本结构模型。四个具有霍尔输出端(VH1 和VH2)纳米硅薄膜晶体管(nc-Si:H TFT)设计在方形硅膜上,其沟道电阻构成惠斯通电桥结构,基于nc-Si:H TFT沟道电阻压阻效应实现外加压力(P)检测,单个具有霍尔输出端纳米硅薄膜晶体管以纳米硅薄膜和纳米硅/单晶硅异质结界面作为磁敏感层,实现了垂直芯片表面外加磁场(B)测量。基于MEMS技术,结合立体结构硅磁敏三极管和具有霍尔输出端纳米硅薄膜晶体管,可实现空间磁场(Bx、By、Bz)测量。然后,通过仿真分析和理论计算,基于MEMS技术和CMOS工艺在100晶向高阻单晶硅片表面上实现压/磁传感器芯片、三维空间磁场传感器芯片集成化设计、制作与封装。实验测试给出,集成化传感器芯片实现对外加压力/磁场2个参量同时检测、实现空间三维磁场同时测量,传感器具有较高灵敏度和温度稳定性,为集成化传感器研制与应用奠定重要基础。