Проектирование сенсора теплового потока на основе круглой мембраны, страница 2

Принципиальная схема подключения сенсора к операционному усилителю.

На рисунке изображена схема одного из вариантов подключения, на основе ОУ AD820N, где выход сенсора подключается к вычитателю, который получает выходной сигнал относительно земли, а потом усилитель усиливает его.

Коэффициент усиления ОУ считается по формуле:

По этой формуле подбираются соответствующие резисторы:

То есть выбираем резисторы R7=175K, R8=50(Ом). Это дает K= 3501, что в итоге увеличит максимальный выходной сигнал 1.3E-3 В до 4.702(В). Этого будет достаточно для точной оцифровки при опорном напряжении 5В. Также обеспечивается небольшой запас напряжения под погрешность резисторов и индикации зашкаливания в ходе работы сенсора. После усилителя выход подключается к АЦП, компаратору или другому устройству, которое работает с аналоговыми сигналами от 0 до 5 В.

Топология датчика

На рисунке представлена схематичная топология одной термопары:

Большой квадрат – чип целиком. Большой круг – мембрана, маленький - зачерненная область.

Все термопары соединяются в батарею при помощи алюминиевой разводки и выход выносится за мембрану для создания контактных площадок:

Схематичная топология датчика. Отступ от зачерненной области 10 мкм. Черное - поликремний, белое-алюминий.

На рисунке приведены всего четыре термопары, но на деле их следует изготовить больше.

Технологический маршрут изготовления сенсора

Этапы изготовления Данного сенсора:

Подложка КЭФ-4.5 толщиной 380 мкм плоскость (100)

1)  Двухстороннее термическое окисление подложки

2)  Осаждение пленки поликристаллического кремния путем пиролиза силана

3)  Нанесение поликремния.

4)  Фотолитография и травление поликремния, для получения поликристаллического слоя для термопар.

5)  Нанесение пленки оксида кремния и фотолитография для контактов термопар

6)  Напыление алюминия с последующим его травлением (формируется алюминиевая разводка)

7)  Травление не планарной стороны кремния для формирования мембраны нужной толщины (травитель - KOH)

8)  Нанесение сажи для формирования зачерненной области

Листинг расчетов в MathCAD

Заключение

В данной работе разработан сенсор плотности теплового потока для лазерного излучения. Рассмотрены основные принципы функционирования сенсоров теплового потока, также рассчитана схема усиления сигнала сенсора, схематично показана его топология и описаны этапы изготовления (технологический маршрут сенсора).

Список литературы

1)  В.А.Гридчин, И.Г. Неизвестный В.Н. Шумский «Физика микросистем» том 2.

2)  П.А. Коледов  «Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок»

3)  Конспект лекций.