带恒温控制与自校正的硅铝异质结构压力传感器研究

作     者：谢晓璐 张加宏 邢俊 王超 冒晓莉 XIE Xiaolu;ZHANG Jiahong;XING Jun;WANG Chao;MAO Xiaoli

作者机构：南京信息工程大学电子与信息工程学院江苏南京210044 南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心江苏南京210044 南京信息工程大学江苏省气象探测与信息处理重点实验室江苏南京210044 

基　　金：国家自然科学基金项目(41605120) 江苏高校优势学科Ⅲ期建设工程项目(PAPD) 

出 版 物：《传感技术学报》 (Chinese Journal of Sensors and Actuators)

年 卷 期：2021年第34卷第6期

页      码：733-741页

摘      要：传统硅基压力传感器普遍具有灵敏度低、温漂和时漂明显等半导体器件固有属性.本文提出的硅铝异质结构MEMS压力传感器及其恒温控制和自校正方法可一定程度上解决该问题.采用SOI硅片制造了具有压阻放大效应的新型硅铝异质结构压力传感器芯片,利用有限元仿真验证了其有效性.随后为其设计了恒温控制封装结构和自适应优化目标值PID加热控制策略,采用热稳态分析验证了该恒温控制封装的合理性.传感器采用AD5420可调电流源来模拟传感器的标定压力,在传感器发生一定时漂特性后更新传感器的输出特性,完成自校正操作.实验表明单个应力敏感硅铝异质结构在恒温系统控制下达到0.283 mV/V/kPa的灵敏度,结合温度参考结构的差分输出,传感器的热零点漂移系数从-6.92×10-1%FS/℃减小至-1.51×10^(-3)%FS/℃,且可达到±5.5 kPa的预测误差,同时自校正操作将传感器最大预测误差从-6.1 kPa减小至5.0 kPa.本文提出的硅铝异质结构压力传感器的温度补偿与时漂补偿方案对优化压阻式压力传感器的综合性能有着一定的借鉴意义.

主 题 词：硅铝异质结构 压阻放大效应 温度补偿 恒温控制系统 时间漂移 自校正 

学科分类：0808[工学-自动化类] 0809[工学-计算机类] 080202[080202] 08[工学] 081203[081203] 0802[工学-机械学] 0835[0835] 0811[工学-水利类] 0812[工学-测绘类] 

核心收录：

D　O　I：10.3969/j.issn.1004-1699.2021.06.004

馆 藏 号：203104717...