基于重掺杂的谐振式传感器频率温度系数补偿研究

杨力建， 游卫龙， 张　磊， 杨　恒， 李昕欣

(1.复旦大学 专用集成电路与系统国家重点实验室，上海 200433;2.中国科学院 上海微系统与信息技术研究所 传感技术国家重点实验室，上海 200050;3.中国科学院 研究生院，北京 100040)



基于重掺杂的谐振式传感器频率温度系数补偿研究

杨力建1， 游卫龙2,3， 张磊2,3， 杨恒2， 李昕欣2

(1.复旦大学 专用集成电路与系统国家重点实验室，上海 200433;2.中国科学院 上海微系统与信息技术研究所 传感技术国家重点实验室，上海 200050;3.中国科学院 研究生院，北京 100040)

摘要:MEMS谐振式传感器具有精度高、准数字输出、抗干扰能力强等特点，高精度压力传感器、应力传感器等多采用谐振式工作原理。频率温度系数补偿是实现高精度谐振式传感器的关键技术。通过实验研究了利用重掺杂改善硅频率温度系数的技术。实验表明:P型掺杂浓度达到7×1019/cm3时，〈110〉晶向频率温度系数降低到-11.68×10-6/K；N型掺杂浓度达到6×1019/cm3时，〈100〉晶向谐振频率是温度的二次函数，在80 ℃左右频率温度系数有过零点。首次实验演示了利用低功耗加热控制结合N型重掺杂，当环境温度由30 ℃变化到40 ℃时，谐振频率温度漂移仅为1.13×10-7/℃。利用该技术可实现超高温度稳定性的谐振式传感器。

关键词：谐振式传感器； 振荡器； 频率温度系数； 温度补偿

0引言

谐振式传感器通过特定模态对能量和信息的集中与加强作用，可实现高灵敏、高稳定的传感[1]。多种高性能传感器如振动式陀螺[2]、高精度压力传感器[3]等均采用谐振工作方式。例如：日本横河电机的谐振式压力传感器[3]可实现0.01 %的测量精度，其温度系数小于常规硅基压力传感器的1/10(10×10-6/K)，是工业控制领域不可替代的关键传感器。……