体硅下薄膜(TUB,Thinfilm Under Bulk)复合结构成型机理及其高性能器件研究

批准号:
61674160
项目类别:
面上项目
资助金额:
65.0 万元
负责人:
王家畴
依托单位:
学科分类:
F0404.半导体电子器件与集成
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
戈肖鸿、周伟、邹宏硕、薛丹、李伟、徐善轩
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
微信扫码咨询
中文摘要
高性能、低成本和批量化生产是制约我国MEMS传感器产业化发展的关键因素,而创新且与IC Foundry兼容的MEMS制造技术是解决该问题的有效途径之一。为此,本项目开展一种单硅片单面TUB制造技术及其高性能器件研究。首先,建立体硅上微型释放孔结构形状、结构尺寸和拓扑方式与薄膜沉积气体分子之间的微观分子动力学模型,解决气体分子在体硅内微尺度受限空间内的输送-扩散-沉积机制和薄膜可控性沉积等关键科学问题,阐明TUB结构成型机理,开发出TUB制造技术;其次,开展全新结构的高性能微压传感器和MEMS麦克风研究,分别建立微压传感器和麦克风的理论模型,融合TUB技术研究两种器件的单硅片单面结构设计技术与制造方法,解决器件高性能、低成本和IC Foundry兼容性批量化生产难题;最后,开展器件性能测试与失效机理研究。本项目研究对于丰富我国MEMS制造技术促进MEMS器件发展具有重要的理论意义和实际价值。
英文摘要
High-performance, high-yield and low-cost volume production is the main factor restricting our industrial development of MEMS sensors, and innovative and IC-Foundry-compatible MEMS fabrication technology is an effective way to solve the problem. Aim to the abovementioned issues, a novel single-wafer-based single-side TUB (Thinfilm Under Bulk) fabrication process which is compatible with IC-Foundry standard process is developed in this project. Firstly, the microscopic molecular dynamics model between the micro releasing-hole structure-shape, structure-size and structure-topology and the deposited-film gas molecules is built, and then the key scientific problems are solved, such as the deposited-film gas molecular transport-diffusion-deposition mechanism in micro-scale confined spaces inside single-crystalline silicon (SCS) wafer and controllable deposition of thin-film under bulk-silicon. Further, the formation mechanism of TUB composite-structure is clarified. Secondly, based on TUB fabrication process, high-performance pressure sensor of sub-KPa measure-range and MEMS condenser microphones with novel structure configuration are developed, respectively. After structural mechanics models of the pressure sensor and the MEMS condenser microphone are established, respectively, the single-wafer-based front-side structure design technology and fabrication processes are considered with the TUB fabrication technology to solve the problems of the designed devices (i.e., pressure sensor and MEMS condenser microphone) high-performance, low-cost, high-volume production and IC-foundry-compatible fabrications. Finally, the relevant performance analysis and failure mechanism of the designed MEMS devices would be carry out. In short, this study would be important theoretical and practical significance for extending the MEMS silicon micromachining technology and promoting the development of MEMS device.
高性能、低成本和批量化生产是制约我国MEMS传感器产业化发展的关键因素,而创新且与IC-Foundry兼容的MEMS制造技术是解决该问题的有效途径之一。为此,本项目开展了一种单硅片单面TUB制造技术及其高性能器件研究。首先,建立体硅上微型释放孔结构形状、结构尺寸和拓扑方式等与薄膜沉积气体分子之间的理论模型,分析了气体分子在体硅内微尺度受限空间内的有效输送-扩散-沉积规律,提出了薄膜可控性沉积技术,阐明了TUB复合结构成型机理,给出了TUB制造技术及其相应的工艺流程;其次,开展了全新结构的高性能微压传感器和MEMS电容式硅麦克风器件研究,分别建立了微压传感器和麦克风的仿真模型,融合TUB技术开展了两种器件的单硅片单面结构设计技术与制造方法研究工作,成功研制出了高性能微压力传感器和硅麦克风器件,解决了微压传感器和MEMS电容式硅麦克风器件的高性能、低成本和IC-Foundry兼容性批量化生产难题。研制的微压力传感器芯片尺寸仅为1.2mm×1.2mm,量程为0~1.0kPa,灵敏度30.36mV/kPa·10V,输出非线性优于±0.05%FS;硅麦克风器件芯片尺寸仅为1.0mm×1.0mm,信噪比优于60dB,带宽100Hz~10000Hz。基于本项目研究成果共发表了高水平SCI论文12篇,在MEMS领域顶级国际学术会议IEEE MEMS和Transducers上发表会议论文7篇,申请和授权中国发明专利5项,培养博士研究生2名,硕士研究生1名。本项目研究对于丰富我国MEMS制造技术促进MEMS器件发展具有重要的理论意义和实际价值。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Highly Sensitive p+Si/Al Thermopile-Based Gas Flow Sensors by Using Front-Sided Bulk Micromachining Technology
采用前端体微加工技术的高灵敏度 p( )Si/Al 热电堆气体流量传感器
DOI:10.1109/ted.2020.2974350
发表时间:2020-04-01
期刊:IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES
影响因子:3.1
作者:Wang, Shanshan;Xue, Dan;Li, Xinxin
通讯作者:Li, Xinxin
Monolithically integrated tri-axis shock accelerometers with MHz-level high resonant-frequency
具有 MHz 级高谐振频率的单片集成三轴冲击加速度计
DOI:10.1088/1361-6439/aa70c1
发表时间:2017-06
期刊:Journal of Micromechanics and Microengineering
影响因子:2.3
作者:Zou Hongshuo;Wang Jiachou;Chen Fang;Bao Haifei;Jiao Ding;Zhang Kun;Song Zhaohui;Li Xinxin
通讯作者:Li Xinxin
DOI:--
发表时间:2018
期刊:传感技术学报
影响因子:--
作者:薛丹;王家畴;李昕欣
通讯作者:李昕欣
On-Chip Integration of Pressure Plus 2-Axis (X/Z) Acceleration Composite TPMS Sensors with a Single-Sided Bulk-Micromachining Technique
采用单面体微加工技术的压力加 2 轴 (X/Z) 加速复合 TPMS 传感器的片上集成
DOI:10.3390/mi10070473
发表时间:2019-07
期刊:Micromachines
影响因子:3.4
作者:Wang Jiachou;Song Fang
通讯作者:Song Fang
Dual-Resonator MEMS Magnetometer Based on Self-Clocking Sigma-Delta Modulation
基于自时钟Σ-Δ调制的双谐振器MEMS磁力计
DOI:10.1109/jsen.2019.2947256
发表时间:2020-02
期刊:IEEE Sensors Journal
影响因子:4.3
作者:Chen Fang;Zhou Wei;Zou Hongshuo;Kraft Michael;Li Xinxin
通讯作者:Li Xinxin
硅基内三维体硅微结构成型机理及其单片集成多轴传感器研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:63万元
- 批准年份:2020
- 负责人:王家畴
- 依托单位:
微腔-膜-沟道腐蚀自终止一次成型方法与单芯片单面加工的微流量传感器研究
- 批准号:51205388
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:25.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:王家畴
- 依托单位:
国内基金
海外基金
