УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ПОЛИКРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУР МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ДАТЧИКОВ 

Михайлов Петр Григорьевич, доктор технических наук, профессор, кафедра информационно-измерительных систем, Пензенский государственный университет архитектуры и строительства (Россия, г. Пенза, ул. Германа Титова, 28), Е-mail: pit_mix@mail.ru
Глебова Татьяна Александровна, доцент, кафедра информационно-измерительных систем, Пензенский государственный университет архитектуры и строительства (Россия, г. Пенза, ул. Германа Титова, 28), Е-mail: pit_mix@mail.ru
Соколов Александр Владимирович, главный специалист-эксперт инспекции Госстройнадзора по Пензенской области (Россия, г. Пенза, ул. Попова, 34а), Е-mail: sokoljv_av_avto@mail.ru
Аналиева Ажар Уразбаевна, преподаватель, колледж при научно-образовательном комплексе, Казахстанский университет инновационных и телекоммуникационных систем (Казахстан, г. Уральск, ул. М. Маметовой, 81), Е-mail: azhara_1980@mail.ru
Михайлов Алексей Петрович, ведущий специалист, ООО ПЛК Система (Россия, г. Москва, ул. Циолковского, 4), Е-mail: krendeleschik@gmail.com
Фадеев Евгений Дмитриевич, студент, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), Е-mail: mercenary.exe@gmail.com 

537.331.33 

DOI

10.21685/2307-5538-2019-3-12 

Актуальность и цели. Исследованы технологические и конструктивные методы управления электрофизическими характеристиками (ЭФХ) структур датчиков, сформированных из поликристаллических кремниевых пленок (ПКП).
Материалы и методы. Выполнено математическое моделирование ПКП и чувствительного элемента (ЧЭ) и на их основе предложены методы модификации ПКП, основанные на ионном легировании.
Результаты. Приведены расчетные соотношения для определения электрического сопротивления ПКП. Получены величины критических значений доз примеси бора, внедренной ионным легированием. Рассчитаны и проанализированы тепловые и деформационные характеристики ПКП и приведены количественные значения температурных коэффициентов сопротивления и значений тензочувствительности кристаллитов и барьерных слоев ПКП. Применительно для формирования сенсорных элементов проанализированы и выбраны технологические способы модификации структуры ПКП с целью повышения тензочувствительности и уменьшения температурного коэффициента сопротивления (ТКС) (для тензорезисторов) и уменьшения тензочувствительности и повышения ТКС (для терморезисторов). Такие методы позволяют сформировать на одном ЧЭ тензо- и термочувствительные элементы. Изготовлены и испытаны экспериментальные макеты датчиков давлений с ПКП тензорезисторами.
Выводы. Применение предложенных технологических и конструктивных методов управления ЭФХ сенсорных элементов и структур датчиков позволило за счет выбора режимов ионного легирования (ИЛ) повысить стабильность технических характеристик и дать возможность формировать на одном ЧЭ тензочувствительные и термочувствительные элементы. 

Ключевые слова

датчик, поликристаллический кремний, пленка, характеристики, сенсор, тензорезистор, термоэлемент 

 Скачать статью в формате PDF

1. Джексон, Р. Г. Новейшие датчики : справочник : пер. с англ. / Р. Г. Джексон. – Москва : Техносфера, 2007. – 380 с.
2. Mikhaylov, P. G. Microelectronic Sensors for the Aircraft and Space-Rated Equipment / P. G. Mikhaylov, A. O. Kassimov, M. A. Khizirova // International Journal of Advanced Biotechnology and Research (IJBR). – 2017. – Vol. 8, iss. 4. – P 152–157. – URL: http://www.bipublication.com
3. Поликристаллические полупроводники. Физические свойства и применения : пер. с англ. / под ред. Г. Харбеке. – Москва : Мир, 1989. – 344 с.
4. Баясилова, З. А. Модификации поликремниевых пленок и повышение чувствительности тензорезистивных структур высокотемпературных датчиков давления / З. А. Баясилова, П. Г. Михайлов, М. К. Бактыбаев // Вестник Государственного университета имени Шакарима города Семей. – 2016. – № 4 (76). – С. 7–11.
5. Чистяков, Ю. Д. Физико-химические основы технологии микроэлектроники / Ю. Д. Чистяков, Ю. П. Райнова. – Москва : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 392 с.
6. Михайлов, П. Г. Моделирование поликремневых пленочных структур высокотемпературных датчиков физических величин / П. Г. Михайлов, А. В. Соколов // Современные информационные технологии : тр. Междунар. науч.-техн. конф. – 2011. – Вып. 14. – С. 209–214.
7. Най, Дж. Физические свойства кристаллов и их описание при помощи тензоров и матриц : пер. с англ. / Дж. Най. – Москва : Мир, 1967. – 386 с.
8. Михайлов, П. Г. Модификация материалов микроэлектронных датчиков / П. Г. Михайлов // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2003 – № 5. – С. 43–46.
9. Кузнецова, М. А. Физико-технологические основы применения наноразмерной ионно-лучевой технологии при создании изделий нано- и микросистемной техники / М. А. Кузнецова, В. В. Лучинин, А. Ю. Савенко // Нано- и микросистемная техника. – 2009. – № 8. – С. 24–32.
10. Ozhikenov, K. A. Development of Technologies, Methods and Devices of the Functional Diagnostics of Microelectronic Sensors Parts and Components / K. A. Ozhikenov, P. G. Mikhailov, R. S. Ismagulova // 13th Intemati onal Scientific-Technical Conference onActual Problems of Electronic Instrument Engineering (A PEIE). – 2016. – Vol. 1. – P. 84–90.
11. Gosalvez, M. A. Simulating anisotropic etching of silicon in any etchant: evolutionary algorithm for the calibration of the continuous cellular automaton / M. A. Gosalvez, N. Ferrando, Y. Xing // J. Micromech. Microeng. – 2011. – № 6. – P. 72–84.
12. Глушко, А. А. Параметры резистивных структур на поликристаллическом кремнии / А. А. Глушко, В. А. Шахнов // Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Сер.: Приборостроение. – 2011. – № 1. – С. 67–75.
13. Влияние конструкции мембраны на параметры выходной характеристики кремниевого тензопреобразователя давления / Е. В. Игнатьева, В. В. Панков, Ю. А. Михайлов // Датчики и системы. – 2009. – № 6. – С. 51–54.