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国内传感器技术的发展方向

时间:2021-04-15 点击次数:

国内传感器技术的发展方向:

(1)平面工艺。

六五开发扩散硅敏传感器时,用10mmX10mm的硅片单独扩散,用硅杯研磨。

七五攻关解决了2寸硅片芯片制备工艺,扩散工艺制备阻力杆,研发出硅杯抛光专用设备。

八五攻关解决了三寸硅片芯片制备工艺,采用离子注入工艺制备应变电阻,研发出大型硅杯研磨仪、大型静电封闭机、硅油灌装机等专用工艺装备。

九五攻关解决了英寸硅片制作技术,实现四英寸硅片技术生产。开发稳定性和免赔工艺技术,大大提高硅力敏感器的可补偿性、稳定性、一致性,短期稳定性达到5pV/100h,长期稳定性达到。

(2)薄膜工艺。

薄膜技术广泛应用于敏感元件和传感器的开发和生产。在膜型敏感元件和传感器的制备中,主要解决了超细粉料制备、敏感浆料制备、烧结工艺和包装等重要工艺。

在攻关中,重庆仪表材料所和中科院合肥智能所等部门率先研制成功的薄膜铂电阻和薄膜压力传感器,进行了小批量生产。进行了薄膜铂电阻和薄膜压力传感器的工程化研究,解决了可靠性、稳定性技术和批量生产技术,实现了批量生产。

(3)超细粉料的制作工艺。

研究了超细粉料的制作工艺。采用化学共沉、溶胶一凝胶等超细粉末材料的制造技术,合成低阻SnO2敏感材料和超细A-Fe2O3粉末材料,粉末粒度达到纳米水平。开发新型NASICON固体介质材料,制备高温C02气体传感器。

在混合物球磨、造粒成型、高温烧结等技术方面有所突破。开发了NTC、PTC热敏电阻,开展了小型化、片式化、可靠性技术研究。

通过工程化攻击,突破材料制备、成型和性能一致性技术后,超小型NTC热敏电阻、过载保护用PTC热敏电阻和a-Fe203可燃气体传感器实现产业生产。

(4)微机械加工工艺。

八五攻关、上海冶金所(目前为上海微系统和信息技术研究所)等机构开发厚度可控单晶硅膜制造技术、硅固关键合作技术、硅表面多层膜加工技术、反应离子深蚀技术。开发了微压、加速度等新型传感器。

九五攻关,复旦大学发明的硅三维无口罩腐蚀技术是国际首个微机械加工新技术,获得了发明专利。

沈阳仪表技术研究所(业界称沈工所为沈阳仪表科学研究院有限企业)等申.位开展微机械加工应用研究,应用于硅传感器生产,每4寸硅片可加工1000多个敏感部件,芯片成品率达80%。

硅多层结构的无口罩腐蚀技术是国际第一。解决采相一次口罩技术形成三维多层微机械结构的艺术,层差控制精度为4um,转移平面的平面度优于1um,获得发明专利。专利编号为国际专利组分类编号:C23F1/32。

(5)智能芯片制造工艺。

以下智能芯片制造技术仍在考虑和开发。

通过CMOS逻辑电路与MEMS传感器的技术整合,实现两者之间的优势互补,优化噪音比,减少零件尺寸,降低成本。智能传感器、生物医疗和消费类电子等市场大、方向明确的需求,通过建设多样化的MEMS-CMOS交换技术和前沿技术平台,选择阵列MEMS-CMOS交换制造技术、CMOS交换热泡技术、压电技术结合、低阻面硅惯性MEMS-CMOS综合技术等,实现高集成、低成本的MEMS晶片制造。

①与CMOS兼容的MEMS阵列设备制造技术。

MEMS阵列传感器娃娃的关键构件构造,广泛运用于图象领域,包含红外线、指纹、超声波图象传感器等MEMS阵列单元的CMOS选用电路与MEMS构造的互换制造工艺变成关键的共同工艺之一。

多路MEMS传感器如阵列式MEMS传感器或集成多路输出MEMS传感器的多信号选择特性关闭。采用MOS开关技术、多重用技术和MEMS编码技术,选择各MEMS传感器信号进行通信,实现智能传感器信号输出。通过研究MEMS阵传感器的输出/驱动特性、阵列选择特性、MEMS材料/技术的CMOS技术兼容性,开发低噪音高速MOS管开关阵列、高增益模拟前端MEMS互联扩大电路,形成CMOS兼容MEMS阵列制造技术规范。

②与CMOS兼容热泡工艺与压力工艺融合。

MEMS微流体技术是即时医疗检测和生物医疗、药物研发的核心技术,建立新一代智能微流体柔性技术平台是生物医疗创新研发的基础,市场潜力非常大。

研究兼容热泡-压电技术的CMOS-MEMS智能化微流体芯片,克服晶圆PZT微纳加工、高效率微流体结构加工等关键技术性,为CMOS-MEMS集成化微流体智能芯片开发推广解决核心构件,提供基本支撑。

③低阻表面硅惯性MEMS-GMOS集成技术。

实现低阻面硅惯性MEMS-CMOS集成工艺的研发,缩小和弥补国内惯性传感器技术水平在加工工艺和大规模制造工艺上的差距,提高国内相关惯性器件领域的产业化水平。重点研究厚多晶硅外延技术、高深宽比硅蚀刻技术、c-SOI技术、HF气相蚀刻技术对CMOS电路兼容性的影响,设计双载波低阻前置放大器检测电路,重点研究放大器MOS管参数,开发带EEPORM的混合信号技术,包括微容量/电阻检测电路、信号放大和模数转换电路、EEPORM检测电路和数字接口电路。

中国传感器可靠技术的发展历程。

在感应技术的发展过程中,感应器产品的可靠性非常重要,进行了10个规格产品的可靠性技术研究。

八五期间,主要从事以下传感器产品的可靠性试验。

-力敏元件和传感器的可靠性试验,包括电阻应变力敏元件和电阻应变力传感器的可靠性试验、硅压电阻敏元件和硅压电阻传感器的可靠性试验。

-热敏元件和温度传感器的可靠性试验包括NTC和PTC热敏电阻。

-光敏元件和光传感器的可靠性试验包括地面晶体硅光电池和光敏电。

-磁敏应元件和磁感应器的可靠性试验包括硅霍尔元件、砷化镓霍尔元件、单品体型InSb磁感应电。

一一湿敏感元件的可靠性试验,以陶瓷湿敏电器为研究对象。

-敏感元件和可靠性测试。

-离子敏元件和可靠性试验。

通过对产品的可靠性试验、筛选、分析、数据处理、可靠性设计和制造技术研究,完成产品寿命试验、故障机理、故障模式分析,建立可靠性增长模式,使PN结合传感器、PTC热敏电阻、扩散硅压力传感器、硅霍尔元件、应变力传感器、石英共振称重传感器、NTC热敏电视、InSb霍尔元件、低价湿度传感器a-Fe23气敏元件实现可靠性等级增长I二级目标。进行了可靠性综合应力试验研究,使传感器的可靠性试验时间从一年左右缩短到几个月。

在传感器的产品研发过程中,工艺设备的研究是必不可少的。在注重产品和技术开发的同时,注重技术装备的开发,代表着硅传感器技术装备的扩散开发。

面对国外扩散硅传感器的重要技术装备,中国科学技术人员利用计算机技术、自动化技术、精密机械技术,独立开发切片机、硅杯研磨机、静电封闭机、大硅杯自动研磨机、大静电封闭机、硅油填充机、化学和电化学腐蚀设备、带油封闭焊机、芯片自动测试机、温度补偿和标定装置等硅传感器生产制造技术的一致性和生产效率,提高了行业普及。

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