[发明专利]一种考虑温度影响的压阻式压力传感器设计方法

权利要求书

1.一种考虑温度影响的压阻式压力传感器设计方法，其特征在于：

在进行压阻式压力传感器设计时，引入压敏电阻的热零点漂移和热灵敏度漂移进行全温区性能分析，便于进行后续有效温度补偿；

所述热零点漂移和所述热灵敏度漂移的获得方法为：通过将不同掺杂浓度下电阻率ρ与温度的变化关系、不同掺杂浓度下压阻系数π与温度的变化关系输入至有限元软件COMSOL中构建的压阻式压力传感器结构模型中，解算得到静态输出特性曲线和温度漂移特性曲线，并得到所述热零点漂移和所述热灵敏度漂移；

所述压阻式压力传感器结构模型的电学输入端口设置恒压源或恒流源、电学输出端口设置浮动电势，所述压阻式压力传感器结构模型的力学输入端口设置外界压力、力学固定端口设置固定边界条件，在所述压阻式压力传感器结构模型的材料域设置压阻材料电阻率ρ和压阻系数π。

2.根据权利要求1所述的一种考虑温度影响的压阻式压力传感器设计方法，其特征在于：不同掺杂浓度下电阻率ρ与温度的变化关系根据如下方法获得：电阻率ρ反比于掺杂浓度与载流子平均迁移率的乘积，而电阻率ρ(N,T)是掺杂浓度和温度的函数，利用半经验数学公式获得载流子迁移率的表达式，由此得到不同掺杂浓度下电阻率ρ与温度的变化关系。

3.根据权利要求2所述的一种考虑温度影响的压阻式压力传感器设计方法，其特征在于：所述载流子迁移率μ_av在恒温下的表达式为：

其中，μ_min为预计的最小迁移率，μ₀为预计的最大迁移率与最小迁移率的差值，N_ref为参考掺杂浓度，α为N＝N_ref附近的斜率控制指数参数，N为掺杂浓度。

4.根据权利要求3所述的一种考虑温度影响的压阻式压力传感器设计方法，其特征在于：电阻率ρ(N,T)的表达式为：

其中，N为掺杂浓度，T为温度，T₀为参考温度，T₀为300K，Nb、Nc、ν、κ、α、β、γ、η均为系数参量。

5.根据权利要求1所述的一种考虑温度影响的压阻式压力传感器设计方法，其特征在于：不同掺杂浓度下压阻系数π与温度的变化关系根据如下方法获得：压阻系数π是掺杂浓度N和温度T的函数，将压阻修正因子P的表达式带入后得到不同掺杂浓度下压阻系数π与温度的变化关系。

6.根据权利要求5所述的一种考虑温度影响的压阻式压力传感器设计方法，其特征在于：所述压阻系数π为常温下压阻系数π与压阻修正因子P的乘积；

压阻系数π₄₄的为：

π₄₄(N,T)＝π₄₄(300K)·P(N,T)；

其中，π₄₄(300K)为常温下的压阻系数，P(N,T)为压阻修正因子。

7.根据权利要求6所述的一种考虑温度影响的压阻式压力传感器设计方法，其特征在于：不同掺杂浓度下压阻系数π与温度的变化关系为：

其中，N为掺杂浓度，T为温度，T₀为参考温度300K，Nb、Nc、ν、α、β、γ、η均为系数参量。

8.根据权利要求1所述的一种考虑温度影响的压阻式压力传感器设计方法，其特征在于：所述有限元软件COMSOL通过稳态研究下外界压力的参数化扫描实现对所述压阻式压力传感器结构模型常温下的静态输出特性仿真，获得压阻式压力传感器的量程、零点误差、灵敏度及非线性指标；

所述有限元软件COMSOL通过稳态研究下外界压力与温度的双参数化扫描实现对所述压阻式压力传感器结构模型不同温度下的温度漂移特性仿真，并最终获得压阻式压力传感器的热零点漂移及热灵敏度漂移指标。

9.根据权利要求8所述的一种考虑温度影响的压阻式压力传感器设计方法，其特征在于：所述压阻式压力传感器结构模型采用惠斯通电桥。

10.根据权利要求9所述的一种考虑温度影响的压阻式压力传感器设计方法，其特征在于：所述压阻式压力传感器结构模型的感压膜使用平膜结构、岛膜结构或梁膜结构；

所述惠斯通电桥包括以下任意一种：1/4桥、半桥、全桥、开桥和双惠斯通电桥；

所述压阻式压力传感器结构模型的物理场坐标系使用旋转坐标系；

所述稳态研究为几何非线性。