Pressure sensor using shear piezoresistance of polysilicon films

폴리실리콘의 전단 압저항현상을 이용한 압력센서

This paper presents characteristics of pressure sensor using shear-type piezoresistor of LPCVD(low pressure chemical vapour deposition) grown polycrystalline silicon films. The sensor has 3.1mV/V of pressure sensitivity in the pressure range of $1kgf/cm^{2}$, ${\pm}0.012%FS/^{\circ}C$ of TCO, and ${\pm}0.08%FS/^{\circ}C$ of TCS in the temperature range of $-20{\sim}+125^{\circ}C$. It showed ${\pm}0.2%FS$ of hysteresis and ${\pm}1.5%FS$ of non-linearity. Shear-type polycrystalline silicon pressure sensor can eliminate temperature dependence of offset caused by resistors mismatch and be used in relatively wide temperature range, compared to the conventional full-bridge silicon pressure sensors.

본 연구에서는 LPCVD(저압화학기상증착)로 형성된 폴리실리콘의 전단 압저항 효과를 이론적으로 분석하고, 전단 압저항체를 응용한 압력센서를 설계 제작하여 그 특성을 연구하였다. 제작된 센서는 $1kgf/cm^{2}$의 압력과 $-20{\sim}+125^{\circ}C$의 온도범위에서 3.1mV/V의 압력감도, ${\pm}0.012%FS/^{\circ}C$의 오프셀온도계수(TCO), ${\pm}0.08%FS/^{\circ}C$의 감도온도계수(TCS)를 나타내었다. 또한, 같은 온도범위에서 ${\pm}0.2%FS$의 히스테리시스, ${\pm}1.5%FS$의 비직선성 변화를 보였다. 전단형 압력센서는 브리지형과는 달리 하나의 저항체로 이루어져 있어 브리지의 각 저항값 불일치로 인한 특성의 오차를 줄일 수 있고, 절연층 위에 폴리실리콘이 형성되어 있으므로 온도범위를 확장할 수 있는 장점을 가진다.