CMOS-MEMS 洛伦兹力磁强计的设计、制造、表征与可靠性研究
仪器与探测器
2021-09-24 v1 信号处理
摘要
本文提出了若干使用标准互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺制造微机电系统（MEMS）的设计技术。这些技术被应用于制造高良率的 CMOS-MEMS 屏蔽式洛伦兹力磁强计（LFM）。通常用于电子布线的后道工序（BEOL）多层金属与氧化物构成了 MEMS 的结构部分。文中讨论了最重要的制造挑战、建模方法与设计解决方案。给出了预测 Q 因子、灵敏度、布朗噪声与谐振频率随温度、气体压力和设计参数变化的方程，并在表征测试中得以验证。若干制造的磁强计被封装入四 flat 无引线（QFN）封装中。我们表明，当采用恰当的设计技术时，该工艺可实现高于 95% 的良率。尽管 CMOS 并非用于 MEMS 制造的工艺，其估计性能（灵敏度与噪声水平）与当前商用磁强计及其他采用 MEMS 工艺制造的磁强计相似或更优。此外，洛伦兹力磁强计中典型的偏移由屏蔽电极防止，其效率已被量化。最后，给出了若干可靠性测试结果，证明了其对高温、磁场与加速度冲击的鲁棒性。
引用
@article{arxiv.2109.10980,
title = {Design, Fabrication, Characterization and Reliability Study of CMOS-MEMS Lorentz-Force Magnetometers},
author = {Juan Valle and Josep-María Sánchez-Chiva and Daniel Fernández and Jordi Madrenas},
journal= {arXiv preprint arXiv:2109.10980},
year = {2021}
}