Чувствительные элементы для микроэлектронных датчиков давления информационно-измерительных систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.14, кандидат технических наук Цибизов, Павел Николаевич

• Цибизов, Павел Николаевич
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Цибизов, Павел Николаевич

Введение.

1 Состояние вопроса и задачи исследования. Обзор и сравнение методов улучшения характеристик чувствительных элементов для микроэлектронных датчиков давления информационно-измерительных систем.

1.1. Конструктивные методы улучшения характеристик чувствительных элементов.

1.1.1 Топологические методы.

1.1.2 Схемотехнические методы.

1.1.3 Компенсационный метод.

1.2 Технологические методы улучшения характеристик чувствительных элементов микроэлектронных датчиков давления.

1.2.1 Создание геттерных зон в объеме и на поверхности чувствительного элемента.

1.2.2 Технологические тренировки.

1.2.3 Формообразующее жидкостное травление.

1.2.4 Модификация материалов чувствительных элементов.

Выводы.

2 Разработка конструктивных решений по улучшению характеристик чувствительных элементов микроэлектронных датчиков давления.

2.1 Исследование конструктивных вариантов по улучшению характеристик чувствительных элементов микроэлектронных датчиков давления.

2.2 Исследование влияния структуры чувствительного элемента на механические напряжения.

2.3 Влияние геометрических размеров мезатензорезисторов на их тензочувствительность.

2.4 Разработка методики расчета механических параметров разработанного чувствительного элемента.

2.4.1 Анализ влияния нанослоев на изгибную жесткость чувствительного элемента.

Выводы.

Глава 3 Исследование и разработка технологических процессов изготовления чувствительных элементов для микроэлектронных датчиков давления.

3.1 Анализ и совершенствование технологической операции разделения пластин на кристаллы.

3.2 Разработка нового метода изготовления и разделения пластин на кристаллы.

3.2.1 Плазмохимическое травление.

3.2.2 Жидкостное изотропное травление.

3.3 Анизотропное травление кремния в плоскости (100) как метод управления характеристиками чувствительного элемента микроэлектронных датчиков давления.

3.3.1 Модификация топологии фотошаблона для повышения точности геометрии фигуры травления.

3.3.2 Оптимизация режимов проведения операции анизотропного травления.

Выводы.

4 Экспериментальные исследования микроэлектронных датчиков давления для информационно-измерительных систем на основе разработанных чувствительных элементов.

4. Г Экспериментальные исследования влияния геометрических размеров мезатензорезисторов на их тензочувствительность.

4.2 Экспериментальные исследования по реализации метода разделения чувствительных элементов.

4.2.1 Технологические эксперименты по плазмохимическому травлению кремния на различном технологическом оборудовании.

4.2.2 Отработка режимов сквозного плазмохимического травления кремния.

4.3 Экспериментальные исследования по реализации метода утонения.

4.4 Экспериментальные исследования по формированию профилированной мембраны чувствительного элемента.

4.5 Исследования экспериментальных образцов.

4.5.1 Методика проведения экспериментов.

4.5.2 Результаты исследований экспериментальных образцов микроэлектронных датчиков давления.

4.6 Анализ результатов исследования.

4.6.1 Определение температурных коэффициентов сопротивления тензорезисторов.

4.6.2 Определение температурного ухода начального и максимального выходного сигнала.

4.6.3 Измерение сопротивления изоляции, тока утечки.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Чувствительные элементы для микроэлектронных датчиков давления информационно-измерительных систем»

Актуальность работы. Технический прогресс науки и техники, внедрение новых и совершенствование существующих космических технологий и аппаратов в значительной степени определяются уровнем развития автоматических и автоматизированных систем управления, контроля и диагностики, а также уровнем технического совершенства их элементов.

Основу любых информационно-измерительных систем (ИИС) управления и контроля составляют датчики, первыми воспринимающие не только информацию об измеряемой механической величине, но и влияние дестабилизирующих физических факторов, сопровождающих эксплуатацию контролируемых объектов.

Анализ задач измерений динамических давлений в ракетно-космической (РКТ) и авиационной технике показал, что датчиковая аппаратура, применяемая для этих целей, подвергается наиболее сосредоточенному и комплексному воздействию дестабилизирующих факторов, таких как: перепады давлений, высокие уровни вибрационных и ударных нагрузок, резкий перепад температур, агрессивные среды.

Непрерывное усложнение создаваемых аппаратов и объектов для длительных орбитальных полетов, высокая насыщенность их специальными техническими системами, системами диагностики и контроля, информационно - измерительными комплексами требуют дальнейшего совершенствования и создания нового поколения датчиковой аппаратуры.

Кроме того, проблема повышения точностных и эксплуатационных характеристик современных датчиков динамических давлений приобретает особую актуальность в связи с широким размахом научных исследований и решением инженерных задач и в других отраслях промышленности: нефтеперерабатывающей, химической, энергетике (включая АЭС), автомобиле- и мотостроении, авиастроении, морском, железнодорожном транспорте и др.

Стремительное развитие технологии микроэлектроники открывает широкие возможности оснащения современных изделий РКТ новыми датчиками давлений: микроэлектронными (МЭДД), являющимися основными элементами систем управления работой двигательных установок и систем контроля их технического состояния на различных этапах эксплуатации, отличающихся воздействием температур от криогенных значений до (500-600) °С, ионизирующих излучений и жестких электромагнитных помех.

Одним из основоположников направления микроэлектронных датчиков является В. И. Ваганов. Продолжили и развили его работы отечественные и зарубежные авторы: В. Л. Кенигсберг, 3. Ю. Готра, В. А. Гридчин, В. В. Грищенко, П. Гравесен, Д. С. Кэмпбелл и др.

Однако известные МЭДД не могут эксплуатироваться при высоких температурах, имеют метрологические характеристики, не удовлетворяющие возросшим требованиям Федерального космического агентства, Министерства обороны в оснащении информационно-измерительных систем наиболее современными, надежными, высокоточными средствами измерений.

Это обусловлено тем, что чувствительные элементы (ЧЭ) известных датчиков имеют низкую тензочувствительность, высокую аддитивную погрешность из-за высоких механических напряжений, обусловленных различием температурных коэффициентов расширения (ТКР) слоев многослойной мембраны. Перечисленные недостатки связаны с несовершенством конструкций и технологии изготовления ЧЭ. Технологические недостатки связаны с низкой точностью разделения кристаллов (границы разделяемых кристаллов содержат дефекты поверхности, обусловленные использованием технологических методов разделения, не обеспечивающих заданные параметры) и низкой технологичностью их изготовления (уменьшение процента выхода годных кристаллов при переходе на технологию с использованием пластин кремния диаметром до 150 мм).

По этим причинам разработка конструктивно-технологических решений ЧЭ МЭДД с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками для информационно-измерительных систем авиационной и ракетно-космической техники, является актуальной научно-технической задачей.

Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка конструктивно-технологических решений чувствительных элементов микроэлектронных датчиков давления с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками для информационно-измерительных систем.

Эта цель достигается решением следующих научных задач:

- анализом и обобщением принципов построения и методов улучшения характеристик МЭДД для ИИС;

- разработкой новой конструкции ЧЭ МЭДД, обеспечивающей улучшенные характеристики датчика в целом;

- разработкой методики расчета механических параметров ЧЭ МЭДД, содержащего новые по сравнению с уже существующими конструктивно-технологические решения (изоляционный слой двуокиси кремния, расположенный только под тензорезисторами и коммутационными шинами, наличие сплошного слоя поликристаллического кремния на планарной поверхности ЧЭ);

- проведением оптимизации конструктивных параметров ЧЭ, обеспечивающих повышение технологичности изготовления и улучшение метрологических характеристик МЭДД как элемента ИИС;

- разработкой новых технологических методов изготовления ЧЭ МЭДД, включающих методы разделения пластины на кристаллы и утонения

ЧЭ МЭДД до значения 20 мкм с целью уменьшения основной погрешности и повышения чувствительности МЭДД;

- изготовление макетных образцов МЭДД как элементов ИИС с использованием разработанной последовательности технологических операций изготовления ЧЭ, проводимой на стандартном микроэлектронном оборудовании;

- проведением экспериментальных исследований изготовленных макетных образцов МЭДД как элементов ИИС с целью определения метрологических и эксплуатационных характеристик.

Методы исследований. При разработке моделей ЧЭ МЭДД давлений использованы основные положения физики твердого тела, применены методы математической физики, теории упругости, прикладной механики. При решении задач по анализу и разработке методов улучшения метрологических и эксплуатационных характеристик ЧЭ МЭДД использованы положения физической химии, кристаллографии, микроэлектроники, технологии изготовления элементов схем, имитационное моделирование на ЭВМ. В экспериментальных исследованиях использованы положения теории измерений, планирования эксперимента. Основные теоретические положения и результаты расчетов подтверждены экспериментальными исследованиями образцов ЧЭ МЭДД.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1 Разработана новая конструкция ЧЭ МЭДД, содержащая сплошной слой нелегированного поликристаллического кремния толщиной не менее высоты тензорезисторов на планарной стороне ЧЭ МЭДД, а также изоляционный слой двуокиси кремния, расположенный только под тензорезисторами и коммутационными шинами, что позволяет повысить чувствительность и уменьшить температурную погрешность МЭДД использующихся в ИИС;

2 Разработана методика расчета механических параметров новой конструкции ЧЭ МЭДД.

3 Разработан конструктивно-технологический метод изготовления ЧЭ МЭДД, заключающийся в создании защитной маски особой формы на поверхности кремниевой пластины, ребер жесткости на непланарной стороне пластины, позволяющий уменьшить основную погрешность, повысить чувствительность и технологичность изготовления МЭДД для ИИС.

4 С целью улучшения метрологических характеристик МЭДД разработан метод утонения ЧЭ МЭДД, основанный на изотропном травлении кремния, позволяющий достигать минимального значения толщины кристаллов 20 мкм. При этом за счет оптимизации режимов операции травления поверхность кристалла не содержит микротрещин, микронеровностей и других дефектов, что уменьшает погрешность линейности и повышает надежность МЭДД в целом.

5 Разработан и реализован технологический процесс изготовления новой конструкции ЧЭ МЭДД с использованием разработанных методов, позволивший осуществить сборку макетных образцов МЭДД как элементов ИИС.

6 Экспериментально исследованы метрологические и эксплуатационные характеристики МЭДД на основе разработанных ЧЭ, подтвердившие основные теоретические положения диссертационных исследований.

Практическая значимость работы. Работа обобщает теоретические и экспериментальные исследования, проведенные автором в Пензенском государственном университете (ПГУ) на кафедре «Приборостроение», и способствует решению актуальной научно-технической задачи создания ЧЭ МЭДД с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками для ИИС авиационной и ракетно-космической техники.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют перейти к проектированию, производству и внедрению ЧЭ МЭДД. Научная и практическая значимость подтверждаются тем, что исследования проводились в рамках работ, финансируемых Федеральным космическим агентством, Федеральным агентством по науке и инновациям.

Реализация результатов работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований автора (в соавторстве) использованы при разработке конструкции и метода изготовления ЧЭ МЭДД; при выполнении договора № 35 от 18.02.05 г. (ОКР «Информационно-измерительная система контроля давления рабочей среды») между ООО НЛП «Пироруглерод» и Пензенского государственного университета; принципы построения ЧЭ МЭДД, варианты топологии и конструкции ЧЭ использованы в лекционном материале и лабораторном практикуме дисциплины «Микромеханические устройства и приборы» кафедры «Приборостроение» ПГУ.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на VII Международной НМК конференции «Университетское образование» (г. Пенза, 2003 г.); Международном симпозиуме «Надежность и качество-2003» (г. Пенза, 2003 г.); XXXII Межвузовской НТК «Актуальные проблемы разработки, испытаний и эксплуатации ракетно-артиллерийских комплексов» (г. Пенза, 2003 г.); VIII Международной НМК конференции «Университетское образование» (г. Пенза, 2004 г.); Международной НТК конференции «Проблемы автоматизации и управления в тех. системах» (г. Пенза, 2004 г.); V Всероссийской НТК «Современные охранные технологии и средства обеспечения комплексной безопасности объектов» (г. Пенза-Заречный, 2004 г.); XII Военно-научной конференции Военного университета ВПВО ВС РФ. (г. Смоленск, 2005); НТК «Информационно-измерительная техника, экология и мониторинг» (г. Москва, 2005 г.); Международном симпозиуме «Надежность и качество-2006» (г. Пенза, 2006 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 работ, в том числе заявка на изобретение, 2 статьи в центральных изданиях. Без соавторов опубликовано 6 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы, 3 приложений. Основная часть изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 58 рисунков, 15 таблиц. Список литературы содержит 145 наименования. Приложения к диссертации занимают 14 страниц.

Заключение диссертации по теме «Технология приборостроения», Цибизов, Павел Николаевич

Выводы

На основе полученных результатов можно сделать следующие выводы:

1 разработан метод разделения кремниевых пластин на кристаллы путем выбора оптимальных режимов на основе ПХТ, который обеспечивает получение границы разделения с заданными параметрами (граница разделения по краям кристалла не имеет сколов, выступов, трещин и др. дефектов);

2 разработан метод утонения кристаллов после их разделения путем проведения изотропного травления, который обеспечивает достижение минимальной толщины кристалла 20 мкм, с наименьшей вероятностью его разрушения, и с поверхностью, имеющей минимальное количество дислокаций и других дефектов. Для данного метода был разработан состав травителя наиболее адекватный для его осуществления;

3 значение основной погрешности МЭДЦ с разработанным ЧЭ не превышает значения 0,25%, что соответствует требованиям типового ТЗ на датчики давления, используемые в ракетно-космической и авиационной технике;

4 МЭДЦ с разработанными ЧЭ подтвердили свою работоспособность в рабочем диапазоне температур от минус 70 до 250°С;

5 разработанный конструктивно - технологический метод позволяет изготавливать чувствительные элементы для МЭДЦ с повышенным выходным сигналом 100 мВ при максимальном давлении А тензочувствительность - 2,54 мВ / кгс/см ), по сравнению с прототипами, максимальный выходной сигнал которых - 90 мВ (тензочувствительность у

2,2 мВ / кгс/см ), а также снизить их основную погрешность (у0 = 0,2 %) по сравнению с прототипами (у0= 0,34 %);

6 проведенные экспериментальные исследования и анализ метрологических и эксплуатационных характеристик экспериментальных образцов разработанных МЭДЦ, подтвердили большинство теоретических положений диссертации.

1 Разработана новая конструкция ЧЭ МЭДД, содержащая сплошной слой нелегированного поликристаллического кремния толщиной не менее высоты тензорезисторов на планарной стороне ЧЭ МЭДД, а также изоляционный слой двуокиси кремния, расположенный только под тензорезисторами и коммутационными шинами. При этом повышается чувствительность датчика из-за полной передачи деформации мембраны тензорезисторам и снижается дополнительная погрешность датчика из-за уменьшения механических напряжений, возникающих в структуре ЧЭ МЭДД при работе в широком диапазоне температур.

2 Разработан конструктивно-технологический метод изготовления ЧЭ МЭДД, заключающийся в создании защитной маски особой формы на поверхности кремниевой пластины, ребер жесткости на непланарной стороне пластины, позволяющий уменьшить основную погрешность, повысить чувствительность и технологичность изготовления МЭДД как элемента ИИС за счет повышения качества границы разделения кристаллов.

3 Разработан конструктивно-технологический метод утонения ЧЭ МЭДД путем проведения операции изотропного травления кремния, обеспечивающий уменьшение основной погрешности и повышение чувствительности МЭДД за счет достижения минимальной толщины кристаллов до 20 мкм, повышение процента выхода годных кристаллов (на 5%), повышение технологичности метода (сокращения времени изготовления кристалла на 8 часов, что составляет около 4% общего времени типового технологического процесса изготовления ЧЭ МЭДД). При этом уменьшается погрешность линейности и повышается надежность МЭДД в целом за счет оптимизации режимов операции травления, когда поверхность кристалла не содержит микротрещин, микронеровностей и других дефектов.

4 Разработаны конструктивно-технологические решения, позволяющие улучшить характеристики МЭДД за счет оптимизации операций изготовления ЧЭ.

5 Разработана методика расчета механических параметров новой конструкции ЧЭ МЭДД.

6 На основании полученных обобщений и проведенных теоретических исследований изготовлены и испытаны МЭДД как элементы ИИС. Экспериментальные исследования и анализ технических возможностей экспериментальных образцов МЭДД на основе разработанных ЧЭ подтвердили теоретические положения диссертации.

7 Работа обеспечивает создание и внедрение новых средств измерения: микроэлектронных датчиков давления на основе чувствительных элементов с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками для информационно-измерительных систем авиационной и ракетно-космической техники.

Перечень принятых сокращений

AT - авиационная техника. АТР - анизотропное травление. ВАХ - вольтамперная характеристика. ВЧ - высокая частота.

ИИС - информационно-измерительная система. ИТ - ионное травление.

ИСТГ - ионно-стимулированное травление материалов галогенами.

ИГР - изотропное травление.

МН - механические напряжения.

МЭДД - микроэлектронные датчики давления.

ПХО - плазмохимическая очистка.

ПХТ - плазмохимическое травление.

РКТ - ракетно-космическая техника.

ТП - технологический процесс.

ТКР - температурный коэффициент расширения.

ТКС - температурный коэффициент сопротивления.

ТТ - технологические тренировки.

ЧЭ - чувствительный элемент.

ЭДМ- этилендиамин.

ЭТТ - электротоковые тренировки.

ЭФХ - электрофизические характеристики.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Цибизов, Павел Николаевич, 2007 год

1. A.c. (СССР) № 626374 МКИ G Ol L 1/22 Чувствительный элемент преобразователя неэлектрических величин // Михайлов П.Г., Богонин В.В., Матвеев А.К. Опубл. 1978.

2. A.c. (СССР) №605131 МКИ G 01 L 9/04 Тензометрический преобразователь // Михайлов П.Г., Саяпин В.М., Саблин A.B. Опубл. 1978. -Бюл. № 16.

3. A.c. (СССР) №1732199 МКИ G 01 L 9/04,1990.

4. Алейников М.П., Цапенко М.П. Многофункциональные датчики. // Измерение Контроль Автоматизация. -№ 2,1990 с. 50.

5. Андреева JI.E. Упругие элементы приборов. М.: Машиностроение, 1981.391с.

6. Аш Ж. Датчики измерительных систем-М.: Мир, 1992. 480 с.

7. Багурин В.В. Применение анизотропного травления кремния в технике изготовления полупроводниковых приборов // Обзоры по электронной технике. Серия 2. Полупроводниковые приборы, вып. 3,1982.

8. Баранский П.И., Клочков В.П., Потыкевич И.В. Полупроводниковая электроника. Справочник. Наукова думка Киев, 1975. 704 с.

9. Баринов И. Н. Полупроводниковый чувствительный элемент на основе структуры «кремний-на-диэлектрике» для высокотемпературных датчиков давления» // Датчики и системы. 2004. №12. С. 39 42.

10. Баринов И. Н., Козин С. А. Полупроводниковый преобразователь давления// Патент РФ №2271523 от 31.05.04.

11. Богданович Б.Ю. и др. Технологии и методы исследования структур кремний на изоляторе. М.: Ред.изд. отдел МИЭТ, 2004. 288 с.

12. Боуг Р.У. Роль материалов в современной сенсорной технике // Датчики и системы № 9, 2003. - С. - 40-49.

13. Броудай И. Мерей Дж. Физические основы микротехнологий пер. с англ.- М.: Мир, 1988. 494 с.

14. Бронштейн И.Н., Семендяев КА Справочник по математике. М.: Наука, 1980.-975 с.

15. Бубенников А.Н. Моделирование интегральных микротехнологий, приборов и схем М.: Высшая школа, 1989.

16. Вавилов В. Д. Интегральные датчики. Н. Новгород: НГТУ, 2003.503 с.

17. Вавилов В. Д. Схемотехника интегральных датчиков. Н. Новгород: НГТУ, 1999. - 78 с.

18. Ваганов В.И. Интегральные преобразователи. М.: Энергоатомиздат, 1983.

19. Васильев В. А. Микросистемная техника, материалы, технологии, элементная база // Электронные компоненты, № 4,2004.- С. 3-11.

20. Васильев В. А. Уменьшение влияния дестабилизирующих факторов на информативный сигнал датчиков // Датчики и системы. 2002. - № 4.-С. 12-15.

21. Викулин Н.М., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов М.: Радио и связь, 1990. 264 с.

22. Возьмилова Л.Н., Бойкив М.М. Локальное травление кремния // Электронная техника. Сер. 2,1976, вып. 2, С. 93-97.

23. Гордов А.Н. Основы температурных измерений. М.: Энергоатомиздат, 1992.

24. ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхности. Параметры характеристики.

25. ГОСТ Р 51086-97 Датчики и преобразователи физических величин электронные. Термины и определения. Госстандарт России ИПК Издательство стандартов, 1997.

26. ГОСТ Р ИСО 9000 2001 Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь. Госстандарт России ИПС Издательство стандартов, 2001.

27. ГСП. ГОСТ 22520-85. Датчики давления, разряжения и разности давлений с электрическими аналоговыми выходными сигналами.

28. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств. Справочник -М.: Радио и связь, 1991.

29. Гош. Дж. Повышение рабочих температур кремниевых датчиков -Электроника, 1982, т.55, №9. С. 16-17.

30. Гридчин В.А. Драгунов В.П. Физика микросистем Новосибирск, 2004.-416 с.

31. Гридчин В.А., Головко В.П. Интегральный тензопреобразователь мембранного типа с поликремниевыми тензорезисторами // тез. докл. всесоюзн. конф. «Датчики на основе технологии микроэлектроники» М.: МДНТП им. Ф.Э. Дзержинского 1986. С. 62.

32. Гурский Л.И. Структура, топология и свойства пленочных резисторов/ Л.И. Гурский, В.А. Зеленин, А.П. Жебин-Минск: Наука и техника, 1988.

33. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л.: Энергия 1980 247с.

34. Датчики теплофизических и механических параметров. Справочник под ред. Багдатьева Е.Е., Гориша A.B., Малкова Я.В. в 2-х томах. М.: ИПРЖР, 1998.

35. Дручин B.C., Кулагин С.И., Решетило А.П. Термодиффузионные коммутационные слои интегральных тензопреобразователей // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ОВР. Вып. 3. - 1988.

36. Дубовой Н.Д. Автоматические многофункциональные измерительные преобразователи. М.: Радио и связь. 1989. - 256 с.

37. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. М.: Высшая школа. 1986.

38. Залогин Н.Ф. Оценка качества и технического уровня микроэлектронных устройств //Электронная техника сер. 3 Микроэлектроника, вып. 4,1991. С.42.

39. Запорожченко М.В. Резистивная компенсация датчиков неэлектрических величин // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО, вып. 1 , 1985. С. 87.

40. Зимин В.Н. Кремниевые датчики физических величин / В.Н. Зимин, H.A. Шелепин // Электронная промышленность № 2,1994.

41. Зимин В. Н. Микроэлектронные чувствительные элементы давления итензомодули/ В.Н. Зимин,Н. JI. Данилова,В.В.Панков,Е. В. Подволоцкая // Датчики и системы. 1999. № 2. С. 55-59.

42. Зотов В.Д. Полупроводниковые многофункциональные сенсоры (Z-сенсоры) // Датчики и системы № 11, 1999.

43. Каталог датчиков фирмы Motorola (США).

44. Каталог фирмы "Endevco" (США).

45. Кейджян Г.А. Основы обеспечения качества микроэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь, 1991.

46. Киреев В.Ю. Плазмо-химическое и ионно-химическое травление микроструктур. М.: Радио и связь, 1985.

47. Ковалевский A.A., Колешко В.М., Лапицкий Е.И. Влияние добавок РЗЭ на свойства поликристаллических пленок кремния // Электронная техника сер. 3, вып. 5.1984. С. 77.

48. Козлов В.А. О деформациях в термически окисленном кремнии / В.А.Козлов, К.Н. Раков // Электронная Техника. Сер. Микроэлектроника, 1972, вып. 8.

49. Колешко В.М., Ковалевский A.A. Поликристаллические пленки полупроводников в микроэлектронике. Минск: Наука и техника, 1978. - 344 с.

50. Конструирование и расчет БГИС, микросборок и аппаратуры на их основе / под ред. Высоцкого Б.Ф.-М.: Радио и связь, 1981.

51. Концевой Ю.А., Литвинов Ю.М., Фаттахов Э.А. Пластичность и прочность полупроводниковых материалов и структур. М.: Радио и связь, 1982.-240с.

52. Корляков A.B., Костромин В.В., Лучинин В.В. Датчик давления на основе SiC для экстремальных условий эксплуатации. // Известия ТЭТУ. Сб. науч. трудов. Перспективные материалы и приборы для оптоэлектроники и сенсорики. 1998. Вып. 517, С. 115-119

53. Кравченко В. М., Будько М. С. Современное состояние КНД-технологии // Научно-технический сборник обзоров «зарубежная электронная техника. 1989. №9. С. 3-54.

54. Лехницкий С.Г. Анизотропные пластинки. М.:ГИ ТЕЛ, 1947

55. Люлин Б.Н. Состояние и перспективы развития датчиков физических и химических величин / Б.Н. Люлин, В.В. Новиков // Датчики и системы № 6 2004. С. 22-26.

56. Макги Дж., Хендерсон М.А., Синдхем П. Наука о сенсорах основа измерительной техники и приборостроения // Приборы и системы управления № 1-1996, С. 41.

57. Матвейкив М.Д., Волоский И.Т. Исследование механических напряжений в алюминиевых пленках // Микроэлектроника сер. 3, вып. 2,1984.

58. Материалы микроэлектронной техники / под ред. В.М. Андреева. М.: Радио и связь, 1989. - 350 с.

59. Матрица цифровых сенсоров электронная система сканирования параметров давления следующего поколения /Контрольно-измерительная техника. Окт. 1997, С. 13-14.

60. Митрофанов О.В. Физические основы функционирования изделий микроэлектроники / О.В. Митрофанов, Б.И. Симонов, Л.А. Коледов-М.: Высшая школа, 1987.

61. Михайлов П.Г. Стабильность микроэлектронных датчиков и технологий (монография). Пенза: Iii У, 2003. - 231 с.

62. Михайлов П.Г., Белоусов Е.Ф. Микроэлектронные датчики. Проектирование, изготовление, диагностика. Учебное пособие. Пенза 111 У, 2001.-87 с.

63. Михайлов П.Г. Микроэлектронные датчики: вопросы разработки // Микросистемная техника. 2003. № 1. С. 4-7.

64. Михайлов П.Г. Управление свойствами материалов сенсорных элементов микроэлектронных датчиков // Микросистемная техника. 2003, № 5. С. 7-11.

65. Михайлов П.Г. Формообразующие процессы создания микромеханических устройств // Микросистемная техника 2003, № 7. - С. 1013.

66. Михайлов П.Г., Богонин М.Б., Михайлов А.П. Материалы микроэлектронных датчиков // Новые промышленные технологии 2003, № 3. С. 19-21.

67. Михайлов П.Г Модификация материалов микроэлектронных датчиков // Новые промышленные технологии.-2003, № 6. С. 15-18.

68. Модификация и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными потоками / Пер. с англ. под ред. Дж. Поути. М.: Машиностроение, 1987.

69. Моррисон С. Химическая физика поверхности твердого тела-М.: Мир, 1980.

70. Мямлин В.А., Плесков Ю.В. Электрохимия полупроводников. М.: Наука, 1965.-338 с.

71. Най Дж. Физические свойства кристаллов и их описание при помощи тензоров и матриц. М.: Мир, 1967.

72. Некрасов М.М. Испытания элементов радиоэлектронной аппаратуры.-Киев.: Вища школа, 1981.

73. Никифиорова-Денисова С.Н. Механическая и химическая обработка. Уч. пособие. М.: Высшая шк., 1989. - 95 с.

74. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешности результатов измерений. JL: Энергоатомиздат, 1991.

75. Новицкий П.В. Основы информационной теории измерительных устройств. JL: Энергия, 1968.

76. Носов Ю.Р., Петросян К.О., Шилин В.А. Математические модели элементов интегральной электроники. М.: Советское радио 304 с.

77. ОСТ 92-1729-88. Элементы чувствительные полупроводниковые преобразователей механических величин. Общие требования к типовым технологическим процессам изготовления.

78. Пасынков В.В., Сорокин B.C. Материалы электронной техники, 2ое издание. М.: Высшая школа, 1986. - 367 с.

79. Палатник JI. С., Сорокин В. К. Материаловедение в микроэлектронике. М.: Энергия, 1978.-280 с.

80. Патент США № 4400869, кл. Н 01 L 21/225,1984.

81. Петерсен К.Э. Кремний как механический материал. // ТИИР № 5, 1982, С. 5-49.

82. Пикус Г.Е. Основы теории полупроводниковых приборов. М.: Наука 1965.- 448с.

83. Плазменная технология в производстве СБИС / под ред. Н. Айнспрука и Д. Брауна, пер. с англ. М.: Мир. 1987.

84. Поликристаллические полупроводники. Физические свойства и применение / под ред. Г. Харбеке -М.: Мир. 1989.

85. Полупроводники на основе титаната бария. Пер. с яп. / Под ред. К. Окадзаки.-М.: Энергоиздат, 1982. 328 с.

86. Полякова A.A. Деформация полупроводников и полупроводниковых приборов-М.: Энергия, 1979.

87. Полянин К.П. Интегральные стабилизаторы напряжения. М.: Энергия, 1979. - 190 с.

88. Проектирование датчиков для измерения механических величин / под ред. Е.П. Осадчего М. Машиностроение, 1979.

89. Пятышев E.H. Микротехнологии: от микроэлектроники к микросистемной технике / E.H. Пятышев, М.С. Лурье // Датчики и системы № 6. 2001.

90. Распопов В .Я. Микромеханические приборы. Учебное пособие. Тул. Госуниверситет. Тула 2002. 392 с.

91. РМГ 29-99 Рекомендации по межгосударственной стандартизации. Государственная система обеспечения единства измерения. Метрология. Основные термины и определения. Минск: ИПК Издательство стандартов, 2000.

92. Россадо JI. Физическая электроника и микроэлектроника. М. Высшая школа 1991. -351с.

93. Сангал К. Травление кристаллов. Теория, эксперимент, применение. М.: Мир, 1990.

94. Сергеев В.В., Кузнецов О.А., Захаров Н.П., Летагин В.А. Напряжения и деформации в элементах микросхем. М.: Радио и связь, 1988. 88 с.

95. Соколов JI.B., Школьников В.М. Интегральный мультисенсор давления-температуры с оптимизированной трехмерной микромеханической структурой и топологией на базе созданных матричных кристаллов // Микросистемная техника 2003, № 3. С. 3-6.

96. Соколов JI.B. Основы исследования и разработки в области сенсорных МЭМС устройств // SENSOR & SYSTEMS 1999, № 3. С. 58.

97. Технология тонких пленок / Справочник в 2-х томах под ред. Мейсэла, т.1. М.: Мир, 1972.

98. Тимошенков С.П. и др. Влияние пор и нанослоев на изгибную жесткость подвеса кремниевого ЧЭ МЭМС //Нано и микросистемная техника №7,2006, С. 13-16.

99. Травление полупроводников /Сб. статей. Пер. с англ. С.Н. Горина. -М.: Мир, 1965.-382с.

100. Уэлт Ч, Томсон П. Физика твердого тела пер. с англ. М.: Мир, 1969.

101. Феликсон Е.И. Упругие элементы сил ©измерительных приборов М.: Машиностроение, 1977.

102. Филимонов П.А. Исследование температурных полей в первичных измерительных преобразователях на основе кварцевых подогревных резисторов с локализацией энергии // В сб. «Электронные измерительные устройства и системы»-М.: Энергоатомиздат, 1984.

103. Хорна О. Тензометрические мосты. М., JI. Государственное энергетическое издательство, 1962.

104. Цибизов П. Н., Баринов И. Н., Козин С. А. Полупроводниковый преобразователь давления // Заявка на изобретение 2006104394 Российская Федерация, МПК6 G01L9/04.

105. Цибизов П.Н., Михайлов П.Г., Богонин М.Б. Стабильность датчиков // Университетское образование: Материалы VII Международной научн. мет. конф. 10-11 апреля 2003.-Пенза: ПДНТП, 2003. С. 459-461.

106. Цибизов П.Н., Михайлов П.Г., Маринина JI.A. Моделирование сенсорных структур микроэлектронных датчиков // Университетское образование: Материалы VII Международной науч. мет. конф. 10-11 апреля 2003 .-Пенза: ПДНТП, 2003. С. 457-459.

107. Цибизов П.Н. Математическая модель полупроводникового чувствительного элемента микроэлектронного датчика // Информ. листок №54-431-03: -Пенза: ЦНТИ, 2003.

108. Цибизов П.Н., Михайлов П.Г., Маринина JI.A. Технология формообразования в микромеханике // Университетское образование: Материалы VIII Международной науч. мет. конф. МКУО-2004,15-16 апреля 2004,-Пенза: ПДНТП, 2004. С. 232.

109. Цибизов П.Н., Михайлов П.Г., Михайлов А.П. Микромеханика микроэлектронных датчиков // Университетское образование: Материалы VII Международной науч. мет. конф. 10-11 апреля 2003.-Пенза: ПДНТП, 2003. С. 461-462.

110. Цибизов П.Н., Михайлов П.Г. Михайлов А.П. Моделирование датчиков // Сб. матер, трудов МНТК «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» Пенза-2004.

111. Цибизов П.Н., Михайлов П.Г. Моделирование элементов и структур микроэлектронных сенсоров // Сб матер. 5 Всеросс. НПК «Современные охранные технологии обеспечения комплексной безопасности объектов», Пенза -Заречный, 2004.

112. Цибизов П.Н., Михайлов П.Г. Михайлов А.П. Методы и средства функциональной диагностики сенсорных элементов и структур микроэлектронных датчиков // Датчики и системы 2005, № 10. С. 9-11.

113. Цибизов П.Н. Методы и элементы управления электрофизическим характеристиками микроэлектронных датчиков // Надежность и качество: Тр. Межд. симп.: В 2 ч. Пенза: Изд-во ПТУ, 2006. - Ч. 1. - 650 с. - С. 340-341.

114. Цибизов П.Н. Особенности моделировании микроэлектронных датчиков // XII Военно-научная конференция Военного университета ВПВО ВС РФ.: Сб. научных материалов.: В 2 ч. Смоленск: Изд-во Военной академии, 2005,4.1. С. 94-95.

115. Цибизов П.Н. Повышение стабильности микроэлектронных датчиков автономных управляющих систем // XII Военно-научная конференция Военного университета ВПВО ВС РФ.: Сб. научных материалов.: В 2 ч. Смоленск: Изд-во Военной академии, 2005, 4.2. С. 96-97.

116. Цибизов П.Н., Михайлов П.Г. Обратные преобразователи микроэлектронных датчиков // Датчики и системы 2006 № 1.

117. Цибизов П.Н. Вопросы моделирования структур чувствительных элементов микроэлектронных датчиков // Информационно-измерительная техника, экология и мониторинг: Науч. тр. Вып. 7(2005). - Москва: Изд-во ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. - 440 с. - С. 131-136.

118. Цибизов П.Н. Моделирование микроэлектронных датчиков давления // Актуальные проблемы разработки, испытаний и эксплуатации ракетно-артиллерийских комплексов: Сб. материалов XXXII Межвуз. Научно-технической конф. Пенза: Изд-во ПАИИ, 2003. - С. 117.

119. Чернышов A.A. Основы надежности полупроводниковых приборов и интегральных схем М.: Радио и связь, 1988.

120. Черняев В.Н. Физико-химические процессы в технологии РЭА. М.: Высшая школа, 1987. - 375 с.

121. Шаскальская М.П. Кристаллография. М.: Высшая школа, 1976.

122. Шелепин Н. А. Основные принципы создания SPICE-моделей микроэлектромеханических систем // Микросистемная техника, № 9. 2004.

123. Эдельман Ф.Л. Структура компонентов БИС Новосибирск: Наука,1980.

124. Эрлер В. Вальтер JI. Электрические измерения неэлектрических величин полупроводниковыми резисторами. М.: Мир, 1974.

125. A.G.R. Evans and Р.Н. French. Polycrystalline silicon strain sensors // Sensors and Actuators, 4 (1985) 219.

126. An-S. Chu, S. H. Zaidi, and S. R. J. Brueck, "Fabrication and Raman Scattering Studies of One-Dimensional Nanometer Structures in (110) Silicon", Appl. Phys. Let. 63 (7), 905 (1999).

127. Arbab, A., Spetz, A., Lundtrom, I. "Uvaluation of Gas Mixtures withHigh-Temperature Gas Sensors Based on Silicon Carbide", Journal of Sensors and Actuators B. Vol. 18-19,1994, pp. 562-565.

128. Campbell, D.S., "Mechanical Properties of Thin Films," in Handbook of thin Film technology, Maissel, L.I. and R.G., Eds., McGraw-Hill, New York, 1970.

129. Declerg M.J., Gerzberg L., Meindl J.D. Optimization of the hydrazine-water solution for anisotropic etching of silicon in integrated circuit technology. J. Electrochem. Soc., 1975, v. 122, N4, p. 545-552.

130. Gravesen, P., "Silicon Sensors," Status report for the industrial engineering thesis, DTH Lyngby, Denmark, 1986.

131. Hirata M., Suzuko K., Tanigama H. Silicon Diaphragm Presure Sensors fabricated by anodic oxidation etch-stop, Sensors and Actuators V.13, №1,1988, p.63.

132. Irvin J.CS Solid-Steate Electronics, 11, 599 (1968).

133. Lee D. В. Anisotropic Etching of Silicon // Journal of Applied Physics 1969, V40, №11, p. 4569-4572.

134. Pfan W.G and Thurston R.N. Semiconductoring Stress Transducers Utilizing the Trensvers and Shear Piezoresistive Effects. "Journal of Applied Physics", vol. 32, № 10,1961, pp. 2008-2019.

135. Peeters E., "Process Development for 3D Silicon Microstructures, with Application to Mechanical Sensor Design," Ph.D. thesis, Catholic University of Louvain, Belgium, 1994.

136. Proce J.B. Anisotropic etching of silicon with K0H-H20- isopropyl alcochol. -Electrochem. Soc., Semicond. Silicon, 1973, p. 339.

137. SAE Techn.Par.Ser, 1986, № 860473, p. 71-77: Экспресс-информация ИПиС, №9,1987.

138. Seidel П., Csepregi L. Heuerberger A. and Baumganel H. 1990 Anisitropicetching of crystalline silicon in alkaline solution // J. Electrochem. Soc. 137. pp. 3612-3625.

139. Smith C. S. Piezoresistance Effect in Germanium and Silicon. -"Physical Review", vol. April 1954, pp. 42-49.

140. Stephen C. Jacobsen, David L. Wells, Clark C. Davis, John E. Wood.Fabrication of Micro-Structures Using Non-Planar Lithography (NPL) //Proceeding of 1991 IEEE Micro Electro Mechanical Systems. Nara. Japan. Jan.1991. pp. 45-50.

141. Takanashi K. Sensor Materials for the Future: Intelligent Materials /Sensors and Actuators V 13 № 1,1988.145 www.mass.micro.uiuc.edu/research/completed/aces/pages/download.html.

142. Результаты реализации методики расчета чувствительного элемента

143. Исходные данные для расчета зависимости изгибной жесткости В от толщины слоя р-Э! (Ь2)1. СЫН)'6

144. Толщины слоев, мкм Модули упругости, ГПа-6

145. М := 0.4-10 Ю := 70л Н := 12Ю Я := 800 Н1. В(Ь2):=г-я-и1. Е1

146. Е1 := 200 Е2:= 150 Е3:= 75и1 + ь2 + ьз"|3 /'ы + ьг + ьз431. Е2

147. Ы + Ь2 + Ь3 у + Г 1)1 + ю + ИЗы- из610 ' р- Б!

148. Исходные данные для расчета зависимости изгибной жесткости В от толщины слоя ЭЮ2 (Ь2) (для варианта без слоя р-ЭО

149. С!:= 10~ 6 Толщины слоев, мкм1. ИЗ := га Н:= 121-С1 800 Н1. Модули упругости, ГПа1. Е1 := 200 Е3:= 751. В(Ы):=2.я-Я1. Е1ы + ьзУ Гы + изч3 ы--+3102101. В(Ы)

150. Результаты моделирования чувствительного элемента с профилированноймембраной с жестким центром

151. Содержание их,иуда ЕХ,ЕУ,Ег; 8Х,8У,82;

152. Тип анализа: трехмерный статический структурный анализ

153. Тип элемента: трехмерный 20-ти узловой структурный элемент (80ЬШ95)

154. Используемый макрос: шетЬ2.шас

155. Свойства материала Геометрические Нагрузкисв-ва

156. Ортотропный кремний 110.: 4000 мкм2000 мкм р1= 1.6 кг/см

157. ЕХ=169.00е9 ШХУ=0.062194 6ХУ=50.849е9 Ы= 20 мкм р2= 2.5 кг/см2

158. ЕУ=169.00е9 N11X2=0.278510 ОХг=79.554е9 Ь2= 23 мкм рЗ= 6 кг/см2

159. Ег-130.02е9 ШУг=0.278510 ОУг=79.554е9 Ь3= 30 мкм р4= 10 кг/см21. Ь4= 50 мкм р5= 40 кг/см21. Ь5= 70 мкм р6= 100 кг/см21. Ь6=110 мкм р7= 160 кг/см21. Ь7=150 мкм

160. Давление: 1.6 кг/см2 = 156960 Па, толщина мембраны: 20 мкм)1. Вариант 2

161. Давление: 2.5 кг/см2 = 245250 Па, толщина мембраны: 23 мкм)

162. Давление: 6.0 кг/см2 = 588600 Па, толщина мембраны: 30 мкм) Вариант4

163. Давление: 10.0 кг/см2 = 981000 Па, толщина мембраны: 50 мкм)4Е+080001 0.0012 0.0014 0.00164Е+08

164. Расстояние от центра ЧЭ, м

165. Давление: 40.0 кг/см2 = 3924000 Па, толщина мембраны: 40 мкм)1. Вариант б4.0Е+083.0Е+082.0Е+085 X1.0Е+08а с0.0Е+00-1.0Е+085-2.0Е+08 г-3.0Е+08-4.0Е+030001 0.0012 0.0014 0.0016

166. Расстояние от центра ЧЭ, м

167. Давление: 100.0 кг/см2 = 9810000 Па, толщина мембраны: 110 мкм)4Е+081. ЗЕ+08га5 2Е+08 к1. X X1Е+086с га1. ОЕ+ООо Xо -1Е+08о