Интегральный тензопреобразователь и способ его изготовления

.Нафтегральставляюкоторомние про иг. 1 изот ый тенэо щий собой имеется в филирова формы 2, ографичес ражен предлагаемыи инпреобразователь, пред- кристалл кремния 1, в оспринимающая давленная мембрана прямоплоскость совпадает с кой плоскостью (100), а угольно кристал ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(54) ИНТЕГРАЛ Ь НЫЙ ТЕ НЗОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) Использование: изобретение относится к измерительной технике, в частности к интегральным измерительным механоэлектрическим преобразователям, Сущность: предложен интегральный тенэопреобраэователь механического воздействия. ТензоИзобретение относится к измерител ной технике, в частности к интегральн измерительным тенэопреобраэователям.Целью изобретения является увеличение чувствительности при одновременном уменьшении геометрических размеров, увеличение диапазона линейного преобразования и частотного диапазона интегрального тенэопреобразователя,чувствительные компоненты расположены на профилированной (нижней) 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 тензопреобраэователя (за счет уменьшения толщины жестких центров), при этом расширяется диапазон линейного преобразования. Тензорезисторы расположены внутри тонкой части мембраны и покрыты со всех сторон слоем двуокиси кремния. 2 с.п. и 2 э,п, ф-лы, 2 ил,стороны мембраны ориентированы вдоль взаимно перпендикулярных кристаллографических направлений семейством 110, Тензорезисторы р-типа проводимости размещены на поверхности мембраны,Тензорезисторы одного знака чувствительности (периферийные тензорезисторы Яп) расположены на тонких частях в середине длинных сторон мембраны, тензорезисторы противоположного знака чувствительности (центральные тенэорезисторы 1 Ч- в ее центре, а ориентированы все тенэарезисторы вдоль длинных сторон мембран. Причем структура элемента сложного профиля с неоднородной по толщине мембраной состоит из последовательно расположенных слоев двуокиси кремния 3, 1827532рекристаллиэованного кремния 4, двуокисикремния 5, структура тенэочувствительныхкомпонентов состоит из двуокиси кремния,перекристаллизованного кремния 6, двуокиси кремния, Внешние .металлическиевыводы к.тензочувствительным компонентампредставляют из себя металлизированныеконтактные площадки 7, расположенныевнутри канавок массивной части кристаллапреобразователя 8,На фиг, 2 изображена последовательность операций для изготовления интегральных механоэлектрическихи реобразователей.увеличение чувствительности измерительного тензопреобразователя дает возможность вместе с ослаблениемтребований ко вторичной аппаратуреуменьшить величину напряжения питаниятензопреобрэзователя что оказывается важным в микромощных измерительных системах, в частности в биомедицинских.Поскольку тензочувствительные компоненты покрыты со всех сторон слоем двуокиси кремния, то возможно изготавливатьтонкие части плоской мембраны меньшейтолщины. Поскольку чувствительность Я"(ай), где э - длина короткой стороны мембраны; Ь - толщина тонкой части профилированной мембраны, то уменьшениетолщины тонкой части упругого элементасвязано с увеличением чувствительности.По сравнению с чувствительностью мостоьой схемы, состоящей из тенэорезисторов,расположенных на прототипе,чувствительность мостовой схемы, состоящей из тенэорезисторов, расположенных напредлагаемом тензопреобразовэтеле, увеличением в 10,89 раза. Результаты проведенного сравнения относятся к случаюодинаковых геометрических размеров мембраны прототипа и предлагаемого тенэопреобрээователя.Другим важным обстоятельством, которое связано с увеличением чувствительности, является возможность при сохранении первоначальной чувствительности уменьшить внешние размеры преобразователя, Так кэк вашего случая возможность увеличить чувствительность прототипа в 10,89 раза позволяет не изменяя значения чувствительности Я,уменьшить ширину мембраны в 3,3 раза.Поскольку беэ потери в чувствительности уменьшаются размеры тензопреобрэзбвателя. поэтому снижается стоимость кристаллов тензопреобразователей при их производстве..Формула изобретения1, Интегральный тензопреобразователь, содержащий мембрану с тензочувствительными компонентами, внешниеметаллические выводы, электросвязанные стензочувствительными компонентами, и охватывающее мембрану основание, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличениячувствительности при уменьшении геомет 10 рических размеров, увеличения диапазоналинейного преобразования и частотного диапазона, мембрана выполнена переменнойтолщины с одной плоской и противоположной ступенчатой поверхностями и трехслой 15 ной из последовательно расположенныхпервого слоя двуокиси кремния, слоя кремния и второго слоя двуокиси кремния, тензочувствительные компоненты покрыты совсех сторон слоем двуокиси кремния и раз 20 мещены внутри утоненных участков мембраны на поверхности второго слоя двуокисикремния, основание выполнено с канавкой;располокенной со стороны ступенчатой поверхности мембраны, а внешние металличе 25 ские выводы размещены внутри канавки ивыполнены в виде металлизированных контактных площадок,2, Тензопреобразователь по и, 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что в качестве материала30 второго слоя мембраны использован перекристаллизованный кремний,3, Способ изготовления интегральноготензопреобраэователя, заключающийся втом, что выращивают слой термического35 окисла кремния на каждой стороне кремниевой пластины, формируют. мембрану с помощью локального анизотропноготравления пластины, изготовляют тензочувствительные.компоненты и внешние метал 40 лические выводы, отл и ча ющийсятем,что, с целью увеличения чувствительностипри уменьшении геометрических размеров,увеличения диапазона линейного преобразования и частотного диапазона преобразо"5 вателя, после термического окислениякремниевой пластины вскрывают окна вдвуокиси кремния в местах, предназначенных для расположения внешних выводов,наносят слой нитрида кремния, формируют50 два углубления; последовательно наносятпервый слой двуокиси кремния, первыйслой поликристаллического кремния и второй слой двуокиси кремния, производят перекристаллизацию первого слоя55 поликристаллического кремния,тензочувствительные компоненты формируют локальным удалением перекристаллизованногокремния; наносят третий слой двуокисикремния и второй слой поликристаллического кремния, сошлифовывают часть второгослоя поликристаллического кремния до получения гладкой поверхности, травлением кремния формируют лунки для размещения в них внешних металлических выводов, формирование лунок прекращают при достижении поверхностью каждой лунки слоя нитрида кремния, окисляют поверхности лунок, вскрывают окна под внешние металлические выводы, напыляют на них металлический слой и фотолитографией формируют изнапыленного слоя контактные площадки. 5 4. Способ по и. 3, о тл и ч а ю щи йс ятем, что после нанесения второго слоя поликристаллического кремния проводят пере- кристаллизацию этого слоя.1827532 Те Корректор М.Петрова ента тор С,Кулака изводсгвенно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород. ул,Гагарина. аказ 2352 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изобрет 113035, Москва. Ж, РаушсПодписноеиям и открытиям при ГКНТ СССРя наб 4/5