Интегральный тензопреобразователь и способ его изготовления

)5 60 ИЕ ИЗ ЕТЕНИ и инче- 2,05,. 12 198 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР .(ГОспАтент сссР) ОПИСАН ОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ТЕНЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) Использование; изобретение относится к измерительной технике, е частности к интегральным измерительным механоэлектрическим преобразователям. Сущность: предложен интегральный тенэопреобраэоИзобретение относится к измерительной технике, в частности к интегральным измерительным тензопреобразователям.Целью изобретения является увеличение чувствительности при одновременном уменьшении геометрических размеров, увеличение диапазона линейного преобразования и частотного диапазона интегрального тенэопреобразоеателя.На фиг. 1 изображен предлагаемый интегральный тенэопреобразователь.Интегральный тензопреобразователь представляет собой кристалл кремния 1, в котором имеется воспринимающая .давление профилированная мембрана прямоугольной формы 2, Плоскость мембраны совпадает с кристаллографической плоскователь механического воздействия. Тенэочувствительные компоненты расположены на пленарной (верхней) стороне упругого элемента. металлизированные контактные площадки расположены внутри канавок массивной части кристалла преобразователя, обрамляющей упругий элемент преобразователя, причем толщина жестких центров существенно меньше толщины исходной кремниевой пластины. Таким образом достигается уменьшение геометрических размеров тенэопреобраэователя, при этом расширяется диапазон линейного преобразования. Поскольку тензорезисторы расположены не внутри тонкой части мембраны, поэтому снимаются ограничения на уменьшение толщины тонкой части упругого элемента. 2 с.п, и 2 з,п, ф-лы, 2 ил. стью(100), а стороны мембраны ориентированы вдоль взаимно перпендикулярных кристаллографических направлений семейства 110. Тензорезисторы р-типа проводимости размещены на поверхности мембраны:тензорезиеторы одного знака чувствительности (периферийные тензорезисторы Вп) расположены на тонких частях в середине длинных сторон мембраны, тензореэисторы и ротиеоположного знака чувствительности (центральные тензорезисторы Йц) - в ее центре, а ориентированы все тензорезисторы вдоль длинных сторон мембраны. Причем структура упругого элемента сложного профиля с неоднородной г)о толщине мембранной состоит из последовательно расположенных слоев двуокиси кремния 3, рекристаллизо 1827531ванного кремния 4, двуокиси кремния 5,структура тенэочувствительных компонентов состоит из двуокиси кремния, перекристаллиэованного кремния 6, двуокисикремния,5Внешние металлические выводы к тензочувствительным компонентам представляют собой металлизированные контактныеплощадки 7, расположенные внутри канавок массивной части кристалла преобразо.- 10вателя 8.На фиг, 2 изображена также последовательность операций для изготовления интегральных механоэлектрическихг 1 реобразователей. 15Увеличение чувствительности измерительного тензопреобраэователя дает возможность вместе с ослаблением требованийпо вторичной аппаратуре уменьшить величину напряжения питания тензопреобраэователя, что оказывается важным в микромоющихизмерительных системах, в частности в биомедицинских, Расположение тензочувстви. тельных компонентов на планарнойстороне профилированной мембраны позволяет изготавливать тонкие части неплос кой мембран.ы меньшей толщины,Поскольку чувствительность 3 " (аВ),где а -.длина короткой стороны мембраны; Ь - толщина тонкой части профилированной мембраны, то уменьшение толщины тонкой частиупругого элемента связано с увеличениемчувствительности. По сравнению с чувствительностью мостовой схемы, состоящей изтензорезисторов, расположенных на дрототипе, чувствительность мостовой схемы, состоящей из тензорезисторов, расположенных напредлагаемом тензопреобразователе, увеличивается в 10,89 раза. Результаты проведенного сравнения относятся к случаю 40. одинаковых геометрических размеров мембраны прототипа и предлагаемого тенэопреобразователя,Другим важным обстоятельством, которое связано с увеличением чувствительности. является возможность при сохраненийпервоначальной чувствительности уменьшить внешние размеры преобразователя.Так для нашего случая возможность увеличить чувствительность прототипа в 10,89 раза позволяет, не изменяя значениячувствительности уменьшить ширину мембраны в 3,3 раза, Поскольку без потери вчувствительности уменьшаются размерытензопреобразователя, поэтому снижается 55стоимость кристаллов тензопреобразователей при их производстве,Ф о р мул а изобретеиия1. Интвгральнцй тензопреобразователь, содержащий мембрану с тенэочувствйтельными компонентами, внешние металлические выводы, электросвязанные с тензочувствительными компонентами, и охватывающее мембрану основание,о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения чувствительности при уменьшении геометрических размеров, увеличения диапазона линейного преобразования и частотного диапазона,мембрана выполнена переменной толщийы с одной плоской и противоположной ступенчатой поверхностями и трехслойной иэ последовательно расположенных первого слоя двуокиси кремния, слоя кремния и второго слоя двуокиси кремния, тен-зочувствительные компоненты покрыты со всех сторон слоем двуокиси кремния, размещены на плоской поверхности соответствующих утоненных участках мембраны, основание выполнено с канавкой, расположенной со стороны ступенчатой поверхности мембран, а внешние металлические выводы размещены внутри канавки и выполнены в виде металлизированных контактных площадок,2. Тенэопреобразователь по п. 1, о т л ич а ю щ и йс я тем, что в качестве материала второго слоя мембраны использован поли- кристаллический кремний.3. Способ изготовления интегрального тензопреобразователя, заключающийся в том, что выращивают слой термического окисла кремния на каждой стороне кремниевой пластины, формируют мембрану с помощью локального анизотропного травления пластины, формируют тенэочувствительные компоненты и внешние металлические выводы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения чувствительности при уменьшении геометрических размеров, увеличений диапазона линейного преобразования и частотного диапазона преобразователя, после термического окисления кремниевой пластины вскрцвают окна в двуокиси кремния в местах, предназначенных для расположения внешних выводов и тенэорезйсторов, на пластину наносят первый слой поликристаллического кремния, наносят первый слой двуокиси кремния, фотолитографией вскрывают окна в первом слое двуокиси кремния в местах, предназначенных для расположения внешних выводов, последовательно наносят слой нитрида кремния, второй слой поликристаллического кремния, второй слой двуокиси кремния, производят перекристаллизацию слоя поликристаллического кремния и двухстороннюю фотолйтографию пластины, формируют тензочувствительные компоненты локальным удалением перекристаллизоваиного кремния, наносят третий слой1827531 двуокиси кремния, производят фотолитографию на обратной месту формирования тензочувствительных компонентов стороне пластины в местах, предназначенных для размещения внешних выводов, производят травление двуокиси кремния и формируют лунки для размещения в них внешних металлических выводов, формирование лунок прекращают при достижении поверхностью каждой лунки слоя.нитрида кремния, окисбляют поверхности лунок, а формирование металлических. выводов осуществляют напылением на лунки металлического слоя и фотолитографией из напыленного слоя кон тактных площадок,4. Способ по п,З,отл ича ющи йсятем, что после нанесения первого слоя поликристаллического кремния проводят пе рекристаллиэацию этого слоя.1827531 оставитель Е,Вакумоваехред М.Моргентал Корректор М едактор С.Кулаков Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 2352 . ТиражВНИИПИ Государственного комитета по113035. Москва, Ж. Подписноебретениям и открытиям при Гаушская наб 4/5