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氫化硅薄膜介觀力學(xué)行為研究和耐高溫E+E壓力傳感器
主要針對(duì)氫化硅薄膜介觀力學(xué)行為和耐高溫E+E壓力傳感器這兩個(gè)問(wèn)題展開了理論與實(shí)驗(yàn)的研究。氫化硅薄膜廣泛應(yīng)用于光電子器件,如二極管、薄膜晶體管、太陽(yáng)電池、液晶顯示器等,人們對(duì)其光電特性作了深入的研究,但對(duì)力學(xué)特性涉及很少。已有的研究表明氫化硅薄膜,尤其是納米硅薄膜有很強(qiáng)的應(yīng)力敏感特性,在高靈敏度E+E壓力傳感器、位移傳感器和量子隧道傳感器等相關(guān)器件應(yīng)用上有極大的應(yīng)用前景,因此通過(guò)對(duì)氫化硅薄膜顯微結(jié)構(gòu)與介觀力學(xué)性能的研究,探明二者之間關(guān)系(內(nèi)稟關(guān)聯(lián)特性)為器件開發(fā)的提供基本數(shù)據(jù)。

氫化硅薄膜介觀力學(xué)行為研究和耐高溫E+E壓力傳感器
對(duì)射頻等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(RF-PECVD)系統(tǒng)進(jìn)行了改造,制備了氫化硅薄膜,成功地進(jìn)行了磷或硼的摻雜。用拉曼譜揭示了氫化硅薄膜的晶粒平均大小和晶態(tài)比;用橢偏儀測(cè)試了所制備薄膜的厚度;用X射線衍射譜對(duì)薄膜微結(jié)構(gòu)和材料性能的進(jìn)行了比較。以相同的工藝在玻璃和單晶硅襯底上制備了本征或摻磷(硼)的納米硅薄膜,對(duì)不同襯底上納米硅薄膜進(jìn)行了對(duì)比研究,發(fā)現(xiàn)襯底對(duì)薄膜生長(zhǎng)速率影響不大,但所制備薄膜的微觀結(jié)構(gòu)有很大的差異。相同工藝條件下,在玻璃襯底上生長(zhǎng)的薄膜,表面粗糙度小于單晶硅襯底上的薄膜;而晶化程度低于單晶硅襯底。摻雜使微結(jié)構(gòu)有了變化,摻磷促進(jìn)晶化,摻硼促進(jìn)非晶化。用不同波長(zhǎng)的激光線對(duì)單晶硅,納米硅薄膜和非晶硅薄膜拉曼散射實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)拉曼線形隨激光線波長(zhǎng)的不同而不同。當(dāng)用紫外光短波長(zhǎng)325nm激光線激發(fā)時(shí),由于穿透深度淺,在318.2cm~(-1)處出現(xiàn)了小峰。無(wú)論單晶硅襯底還是玻璃襯底的硅薄膜,當(dāng)用785nm激光線激發(fā)時(shí),由于穿透深度深,對(duì)單晶硅襯底的薄膜,反映了襯底的信息,在520.0cm~(-1)附近有尖銳的譜峰;而對(duì)玻璃襯底的薄膜而言,則是彌散的拉曼光譜,反應(yīng)了玻璃襯底非晶無(wú)序的微結(jié)構(gòu)特征。對(duì)氫化硅薄膜介觀力學(xué)行為及其與微結(jié)構(gòu)內(nèi)稟關(guān)聯(lián)特性進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)相同的晶態(tài)比,制備于玻璃襯底上的氫化硅薄膜由于存在非晶態(tài)的過(guò)渡緩沖層,彈性模量小于相應(yīng)的制備于單晶硅襯底上的氫化硅薄膜。由于磷的摻入,薄膜中晶粒細(xì)化,有序度提高,薄膜的晶態(tài)比一般在40%以上。硼的摻入,晶態(tài)比減小,一般低于40%。同時(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)摻磷,本征和摻硼的氫化硅薄膜,分別在晶態(tài)比為45%,30%和15%左右,彈性模量zui小。這些研究結(jié)果對(duì)器件級(jí)硅薄膜的制備以及器件化有重要的指導(dǎo)意義。針對(duì)高靈敏度納米硅薄膜E+E壓力傳感器的研究,本文進(jìn)行了耐高溫E+E壓力傳感器的研究。制作了熱壓焊工作臺(tái),選用退火后的金絲,通過(guò)金金連接完成內(nèi)引線鍵合。掌握了耐高溫膠粘劑的實(shí)用配比及固化工藝;自制了耐高溫覆銅傳引板,采用含銀的高溫焊錫絲,選用耐高溫導(dǎo)線作為外導(dǎo)線,完成了耐高溫傳感器封裝的關(guān)鍵部分。 選用恒流源激勵(lì),設(shè)計(jì)了溫度補(bǔ)償電路,用對(duì)溫度求導(dǎo)數(shù)的數(shù)學(xué)方法,推導(dǎo)了靈敏度熱漂移(temperature coefficient of sensitivity,TCS)、熱零點(diǎn)漂移(temperature coefficient of offset,TCO)和零位輸出(offsetshift of voltage,V_(os))漂移補(bǔ)償計(jì)算公式,實(shí)現(xiàn)了寬溫區(qū)溫度系數(shù)補(bǔ)償,在-20℃～200℃補(bǔ)償溫區(qū)內(nèi),通過(guò)溫度循環(huán)標(biāo)定,經(jīng)補(bǔ)償后TCS和TCO的值均小于1.0×10~(-4)/℃·FS;非線性誤差小于0.1%FS,不重復(fù)性和遲滯誤差均小于0.05%FS,總精度小于0.2%FS,高、低溫時(shí)漂均小于0.1mV/8h,獲得了量程從0～40MPa、耐溫-40～220℃。

氫化硅薄膜介觀力學(xué)行為研究和耐高溫E+E壓力傳感器
具有一定抗瞬時(shí)高溫沖擊能力,高精度穩(wěn)定性佳的壓阻式E+E壓力傳感器,靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于同類型Kulite公司產(chǎn)品。后又用針對(duì)適用于塑料、橡膠、化纖、蒸汽、熱油等高溫介質(zhì)壓力的測(cè)量工況,采用分體結(jié)構(gòu),研制了通用型分體式耐高溫E+E壓力傳感器,用汞作為傳壓介質(zhì),使被測(cè)高溫高壓液體或氣體與敏感元件隔離開來(lái),大大地拓寬了工作溫區(qū),使傳感器工作溫度提高到350℃。