Caracterização de um microssensor de pressão

Abstract

O microssensor de pressão piezoresistivo é um tipo de medidor de pressão, sendo utilizado em uma larga escala em áreas como: médicas, automotivas, militares e segurança. Esse dispositivo usa a tecnologia MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). Este trabalho caracteriza uma lâmina com 12 sensores já fabricada em um outro trabalho em diversas espessuras para analisar suas características elétricas. O princípio de funcionamento parte da deflexão da membrana de silício em função a aplicação de pressão causando assim a variação dimensional nos resistores, de modo que, quando alimentamos o circuito podemos medir a variação de tensão elétrica. Um arranjo foi montado para a análise elétrica do microssensor, fazendo uso de pesos metálicos, foi aplicada uma força na membrana de silício e medida a variação de tensão elétrica. Primeiro foi feita a medição dos valores das resistências do piezoresistores difundidos na lâmina que após cada corrosão da espessura da membrana houve uma alteração nesses valores. Dos 12 sensores da lâmina, 5 se mostraram operacionais, isso se dá pela limitação de alinhamento no processo de fabricação. Foi feita a corrosão das membranas de silício utilizando uma técnica de corrosão anisotrópica com KOH obtendo-se uma membrana de 130μm e posteriormente foi caracterizado obtendo características das VOffsets e da sensibilidade. O mesmo foi feito para espessuras de membrana de 80μm e 40μm. Onde as VOffsets caracterizadas não tiveram semelhanças entre as VOffsets somente entre as VOffsets experimentais e teóricas dos sensores 5 e 10. depois de realizadas as caracterizações foi feita a comparação dos gráficos e dados obtidos. O objetivo era analisar suas características elétricas em função da diminuição da espessura e da variação de pressão aplicada, onde em sensores com espessuras de membrana menores de 80μm houve um aumento da sensibilidade do sensor podendo chegar a 8,13 μV/kPa/V.

The piezoresistive pressure microsensor is a type of pressure gauge that is used on a large scale in areas such as medical, automotive, military and security. This device uses MEMS (Micro Electromechanical Systems) technology. This work characterizes a blade with 12 sensors already manufactured in another work in several thicknesses to analyze its electrical characteristics. The working principle is based on the deflection of the silicon membrane due to the application of pressure, thus causing a dimensional variation in the resistors, so that when we feed the circuit, we can measure this voltage variation. An arrangement was set up for the electrical analysis of the microsensor, making use of metallic weights, a force was applied to the silicon membrane and the voltage variation was measured. First the resistance values of the piezoresistors diffused in the membrane were measured, and after each corrosion of the membrane thickness there was a change in these values. Of the 12 sensors of the blade 5 were operational, this is due to the limitation of alignment in the manufacturing process. The corrosion of the silicon membranes was done using a KOH anisotropic corrosion technique obtaining a 130μm membrane and afterwards it was characterized obtaining characteristics of the VOffsets and sensitivity. The same was done for membrane thicknesses of 80μm and 40μm. where the characterized VOffsets had no similarities between the VOffsets only between the experimental and theoretical VOffsets of sensor 5. After performing the characterizations, the graphs and data obtained were compared. The objective was to analyze its electrical characteristics in function of the decrease of the thickness and the variation of applied pressure, where in sensors with membrane thickness less than 80μm there was an increase of its sensitivity that could reach 8.13 μV/kPa/V.