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壓阻式十字樑結構微型壓力感測器之研製

為了解決材積cbm換算的問題，作者施力仁 這樣論述：

本論文旨在設計一高穩定度壓力感測器，以微機電製程之體型加工技術，在p型的SOI矽晶圓上製作壓阻式微型壓力感測器，在感測壓力的方型隔膜上另貼附十字型橫樑薄膜，以增進感測器的線性度；隔膜背面為壓力作用凹槽空間，以深離子反應蝕刻機進行深度蝕刻。此微型壓感器的製程容易掌控，敏感度高，訊號處理簡潔，可達到良好的線性度。 本文探討的重點為隔膜的面積與厚度、壓阻器的大小與位置、矽晶圓的摻雜濃度等參數對靈敏度的影響。經初步探研後，設計三種隔膜配合五種壓阻器尺寸，總共五種構型。首先利用電腦模擬軟體計算施加壓力時，隔膜的應力響應、壓阻器的應變。由數值模擬的結果顯示：薄膜面積2300  2300 m2、

厚度為20 m時，會有最大的應力響應，其最大應力為178.05 MPa，靈敏度為8.75 mV/V/bar；驗證壓力計所承受的應力在材料的安全強度300 MPa內，並可輸出達到量測準確度的電壓。SOI矽晶圓的組件層表面經過熱蒸鍍鋁薄膜，製成金屬導線；接著以深離子反應蝕刻，定義壓阻器與隔膜。晶圓製作完成後，經切割打線，封裝於螺絲頭後，即進行壓力測試與校準。經過多次的實驗量測與數據分析，驗證這些壓力感測器可在0~1.5 bar的範圍內正確運作，且歷次敏感度差值不超過0.4 mV/V/bar，具有重複性；實驗結果顯示壓力計的敏感度在4.93 ~ 9.98 mV/V/bar之間，最高達9.98 m

V/V/bar，最佳非線性度為0.33% FS；量測敏感度可藉由調整感測電路的放大倍率，達到方便換算的數值。 本文所研發的壓力感測器經測試後，可應用於一般環境的壓力量測。由於感壓計是以半導體製程研製，可以批次作業量產，單位成本遠低於以傳統機械加工方式製作的產品。再者，由於壓力感測的體積小，質量輕，因此可縮減構裝尺寸，且更耐衝擊，整合於控制電路模組將更具方便性。