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MEMS硅膜电容式压力传感器的研制
2013/1/15 9:17:20
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大气压力传感器在实践应用中占据着举足轻重的地位，它的应用领域有：环境的监测、气候的分析、气象的预报、工业的生产以及航天和航空等等，在这些领域里，它的应用是十分广泛的。传统的压力传感器通常是机械式的，体积相对来说比较大，这样对集成化和微型化有很多的不利。如果使用MEMS技术之后，上面所说的缺点就可以得以解决，而且可以使它的性能变得更加的好，还可以使成本大大地降低。现在使用了MEMS技术之后得到广泛应用的压力传感器一般分为电容式和压阻式两类。 湿度传感器探头 , , 不锈钢电热管 PT100 传感器 , , 铸铝加热器 , 加热圈 流体电磁阀
电容式压力传感器的温漂比较小，精密度很好，芯片的结构具有很好的鲁棒性，但是它的线性度比较差，而且很容易受到寄生电容的有关影响。而压阻式压力传感器跟它相比，温漂就比较大、精密度比较低以及一致性比较差，但是它的线性度却是很好的。现在的MEMS电容式压力传感器一般使用在过压的测量当中，而用在气象压力的测量当中就比较少，而且它的价格不菲。因此，现在经过很多专家的研究，研制出了一种微型电容气象压力传感器，它成本低而且性能很高。制作它的整个过程工艺比较简单而且符合标准，薄膜材料就选取了单晶硅，这是使用了接触式的结构，而且根据阳极键合组成了真空腔，而硅薄膜就是由深刻蚀和氢氧化钾各向异性腐蚀组成的。经过试验之后，发现这种传感器很适合应用在气象压力的测量当中。
电容式压力传感器的工作原理是：当受到外界压力的时候，电容的极板间的距离以及极板的面积就会发生变化，电容因此也会发生改变。当所受到的压力渐渐变大的时候，电容极板之间的距离就会变小，电容就会变大，这个时候，非接触式电容决定了电容的大小。如果电容的两极板互相接触的时候，那么这个时候，接触电容就决定了电容值。
电容式压力传感器最核心的元件是敏感薄膜，传感器的性能就是由它的厚度、尺寸大小以及材料决定的。现在敏感薄膜使用的材料一般都是单晶硅、Si3N4以及重掺杂p型硅等等。而这些材料都有各自的优点和缺点，它的选取跟具体的工艺和目标的要求有密切的关系。为了可以简化工艺，这种传感器就选取了硅膜，因为硅膜适合阳极键合组成空腔、机械性能很好，而且它不对晶格造成破坏。硅膜机械性能好这个特点，加上使用接触式的相关结构，再通过一些比较简单而且标准的工艺就可以制造电容式压力传感器的样片。对它进行大量的测试以及大量数据的分析后，结果证明这种传感器很适合测量气象压力。虽然对它的研制在一定程度上有一定的成就，但是更多的问题还在后边等着专家去研究。为了提高传感器的测量的精密度，怎么样改进工艺的制造和结构的设计，这个是研究工作中正在努力的方向。