半导体硅压力传感器

一、前言自1954年Smith等人研究了半导体Ge和Si的压阻效应以来,压阻效应就在压敏元件中得到了实际应用。由于半导体压力传感器灵敏度高、体积小,特别是80年代后硅集成电路工艺技术的发展,使以硅为衬底材料的硅扩散型压力传感器得到了惊人的发展。硅压力传感器是用途最广的传感器之一。目前大多都是采用半导体扩散技术制造应变计(应变电阻),称为扩散型硅压力传感器。由硅单晶衬底制成的膜片作为感压膜,它与应变电阻为一体结构,因此蠕变和滞后现象都很小,精度高。硅压力传感器可以与硅集或电路制造在同一衬底上组成集成型硅     

基于MEMS技术的温湿压集成传感器

介绍了一种具有新结构的温湿压集成传感器,分别采用了热敏电阻法测量温度、导热检测法检测湿度、应变电阻法检测压力.这种集成传感器主要是采用硅、氮化硅和铂金为材料制作的.测量温度和湿度的铂金电阻都在悬空氮化硅薄膜上,测量压力的压力敏感膜也是由悬空氮化硅薄膜形成的.这种传感器与一般的集成传感器相比,具有结构简单、工艺简单、精度高的优点.     

一种集成三轴加速度、压力、温度的硅微传感器

针对恶劣环境和严格空间体积限制条件下的多参数测量问题,利用绝缘体上硅（SOI）材料,采用微型机械电子系统（MEMS）技术,研制了一种可以同时测量三轴加速度、绝对压力、温度参数的单片集成硅微传感器,其中加速度、绝对压力传感器基于掺杂硅压阻效应,温度传感器基于掺杂硅电阻温度效应.结合芯片中各传感器的工作原理,用有限元方法对设计的结构进行了仿真,确定集成传感器的电阻分布和结构参数.根据确定的集成传感器结构,制定了相应的制备工艺步骤.最后给出了集成传感器芯片的性能测试结果.     

耐高温合金薄膜压力传感器的设计及仿真分析

研制高温恶劣环境适用的压力传感器具有重要的工程实际意义。文中设计了以蓝宝石为弹性膜片,溅射合金薄膜为应变电阻的耐高温压力传感器。通过有限元软件计算分析了弹性膜片的应力应变分布,并对膜片厚度进行了优化设计。     

压力、温度复合传感器技术研究

介绍了一种压力、温度复合传感器的主要研制加工技术.通过采用灵敏度温度自补偿技术、激光调阻技术、以及薄膜微电路加工工艺等关键技术和手段,在弹性体上制作薄膜应变电阻和薄膜温敏电阻,实现压力、温度双参数测量的功能.同时通过监测温度,可以进一步精确修正压力参数测量的特性方程.     

电阻应变式压力传感器应用

正电阻应变式热套热电偶压力传感器,通过枯结在弹性元件上的应变片的阻值变革来丈量压力值.众所周知,平凡电阻丝受到拉伸时,电阻值增大;受到压缩时,电阻值减小,这便是所谓金属电阻的应变效应.电阻应变片压力传感器正是依据这一原理制成的。电阻应变式压力传感器的重要布局情势有膜片式、筒式和组合式,膜片式得当于测低压,筒式则得当于测高压。     

固态压阻传感器

一、引言所谓固态压阻传感器,即传感器的核心部分—传感元件,是一种扩散硅应变元件。该应变元件是采用集成电路的扩散工艺,把硼杂质掺入硅片而形成压敏电桥制成的。测量原理是利用压阻效应, 敏感元件受压时,电阻发生变化,输出电信号。早在1932年美国布利戈曼和阿朗就对晶体压阻效应发生兴趣,同年阿朗发表了铋单     

多晶硅纳米薄膜压阻式压力传感器

多晶硅纳米薄膜具有优越的应变灵敏特性和稳定的温度特性.为了使这种良好的压阻特性得到实际应用,文中给出了多晶硅纳米薄膜压阻式压力传感器的设计方法.根据多晶硅纳米薄膜压阻特性和硅杯腐蚀技术条件确定弹性膜片结构,并采用有限元分析方法对弹性膜片尺寸以及应变电阻分布进行了优化.依据优化设计结果试制了压力传感器芯片.实验表明该传感器工艺简单、高温特性好、灵敏度高.     

一种新型加工中心拉刀力数字化测量装置的设计

通过对加工中心拉刀机构进行分析,提出了用电阻应变式压力传感器与数控机床刀柄相结合的设计方案,利用压力传感器的电阻应变原理将拉刀力显示于液晶显示器上,对数控机床拉刀力进行数字化测量,对发挥数控机床的潜能、实现高效加工有现实意义.     

SOI高温压力传感器研究进展及应用

常规扩散硅压阻式压力传感器依靠PN结实现敏感电阻间的电学隔离,基于单晶硅良好的弹性形变性能和显著的压阻效应进行压力测试,以其特有的体积小、灵敏度高、工艺成熟等优点,成为应用最广泛的压力传感器。不过,当工作温度超过125℃时,电阻与衬底间的PN结漏电加剧,使传感器特性严重恶化以至失效,不能准确测量压力。因此,把能在高于125℃条件下工作的硅压阻式压力传感器,称为扩散硅高温压力传感器。     

超低温薄膜压力传感器的研究

超低温薄膜压力传感器可用于液氢、液氮、液氧等低温环境的压力测量,目前国内外超低温压力传感器产品的工作温度最低为-200 ℃.文中主要介绍了对超低温薄膜压力传感器的研究,通过薄膜压力传感器设计和工艺技术研究,成功研制出超低温薄膜压力传感器,并在-253(液氢)～+60 ℃温度环境下进行压力传感器静态性能测试,结果表明传感器性能指标优异,实现了超低温薄膜压力传感器技术突破.     

耐高温压阻式压力传感器研究与进展

传统的硅扩散压阻式压力传感器用重掺杂4个P型硅应变电阻构成惠斯顿电桥的力敏检测模式，采用PN结隔离，高温压阻式压力传感器取消了PlN结隔离，与半导体集成电路平面工艺兼容，符合传感器的发展方向。根据力敏材料的分类，分别介绍了多晶硅中高温压力传感器、SiC高温压力传感器和单晶硅SOI（silicon on insulator）高温压力传感器的基本工作原理和国内外的发展现状，重点论述了BESOI（bonding and etch-backSOI）、SMARTCUT和SIMOX（separation by implanted oxygen）技术的SOI晶片加工工艺。以及由此晶片微机械加工成的芯片封装的高温微型压力传感器部分特性，对此领域的发展作了展望。     

多晶硅纳米薄膜牺牲层压力敏感结构设计

为使多晶硅纳米薄膜良好的压阻特性在MEMS(微机电系统)压阻传感器中得到有效应用,在设计牺牲层结构压力传感器芯片中探索性地采用了多晶硅纳米薄膜作为应变电阻,并给出这种传感器的设计方法。分析了牺牲层结构弹性膜片的应力分布对传感器灵敏度的影响,优化设计了量程为0~0.2 MPa多晶硅纳米膜压力传感器芯片的结构参数。有限元法仿真结果表明:在保证传感器灵敏度大于50 mV/(MPa.V)的前提下,零点温漂系数可小于1×10-3FS/℃;灵敏度温漂(无电路补偿)可小于1×10-3FS/℃.为高灵敏、低温漂、低成本的高温压力传感器集成化发展提供了一条可行途径。     

光纤法珀式SiC耐高温压力传感器的制造与测试

针对高温环境下压力参数的原位测试需求,基于碳化硅（SiC）材料优异的耐高温特性,研制了一种光纤法珀式全SiC结构耐高温压力传感器。采用超声振动铣磨的加工方法制备了表面粗糙度Ra约11.9 nm的SiC传感膜片。利用SiC晶片氢氟酸辅助直接键合技术,实现SiC传感膜片与SiC基板的高强度气密性键合。搭建了高温压力测试系统,对制备的SiC耐高温压力传感器样机进行了高温环境下的性能测试。结果表明,该传感器能够实现600 ℃高温环境下 0~4 MPa范围内的压力测量;600 ℃下传感器的压力灵敏度达到104.42 nm/MPa,具有较高的线性度,R2＞0.99。     

通用型高温压阻式压力传感器研究

针对石油化工等领域高温下压力测量的要求,设计了压阻式压力传感器硅芯片,采用SIMOX 技术SOI晶片,在微加工平台上制作了硅芯片.对不同的用户工况设计了装配结构,采用耐高温封装工艺,研究了耐高温微型压力传感器封装材料匹配与热应力消除技术,解决了内外引线的技术难点.从低成本、易操作性出发,设计了温度系数补偿电路,研制了精度高、稳定性佳的耐高温通用压力传感器.     

用于恶劣环境的耐高温压力传感器

为了解决如高温200℃等恶劣环境下的压力测量问题,基于微机电系统(MEMS)和高能氧离子注入(SIMOX)技术,研制了一种量程为0~120 kPa的压阻式压力传感器。该传感器芯片由硅基底、薄层二氧化硅、惠斯登电桥结构的硼离子注入层、氮化硅应力匹配层、钛-铂-金梁式引线层和由湿法刻蚀形成的空腔组成。在氧剂量1.4×10¹⁸/cm²和注入能量200 keV条件下,由高能氧离子注入技术形成厚度为367 nm的埋层二氧化硅层,从而将上部测量电路层和硅基底隔离开,解决了漏电流问题,使得传感器芯片可以在高温200 ℃以上的环境下使用。为了提高传感器在宽温度范围内的稳定性,对温度补偿工艺进行了研究,补偿后的传感器灵敏度温度系数和零位温度系数很容易控制在1×10^-4/℃·FS。实验标定结果表明:在200 ℃下,研发的耐高温压力传感器具有很好的工作性能,其线性度误差达0.12%FS、重复性误差为0.1%FS、迟滞误差为0.12%FS,精度达0.197%FS,满足油井、风洞、汽车和石化工业等现代工业的应用需求。     

新型高温压力传感器的设计与性能测试

针对高温恶劣环境下对压力参数的测试需求,以单晶蓝宝石为原材料,对无线无源蓝宝石高温压力传感器进行了设计、工艺加工及性能测试.以压力膜片敏感原理为主要根据,结合不同的信号传输与提取方式,首先对LC谐振式的无线无源蓝宝石高温压力传感器进行了设计,然后通过蓝宝石刻蚀、蓝宝石减薄、直接键合等3个关键工艺实现了蓝宝石密封压力腔的...     

可同时测量温度和压力的高灵敏度光纤光栅传感器

报道一种新颖的基于单个光纤布拉格光栅的传感器。该传感器将光栅的一部分封装在周围填充聚合物的金属空腔里,另一部分固定在金属柱体内。由于固定的光栅部分不受应变的影响,而封装在聚合物的光栅同时受温度和应变的影响,因此该结构可实现温度和应变的分离传感。同时,这种聚合物封装的结构把施加在聚合物上的横向应力巧妙地转化为施加在光栅上的轴向应变,可大大提高其应变传感灵敏度。实验结果表明该传感器不但可以实现压力和温度的同时测量,而且其压力灵敏度系数可达9.65×10-3MPa-1,约为裸光栅的4770倍。     

高精度铂电阻测温仪的设计与实现

提出了基于四线制恒流源驱动和恒流换向技术的高精度温度测量方案,挑选性能优异的铂电阻Pt100作为温度传感器,与参考电阻串联后由恒流源驱动,然后采集信号经过调理放大,通过单片机自动校正和控制,并内嵌ITS-90国际温标计算公式,以此实现高精度温度测量。实验结果表明,该方案较好实现了消除引线电阻和非线性的影响,提高了测量精度,温度测量误差小于0．01℃。系统性能稳定。     

基于光纤微弯损耗的压力传感器实验研究

光纤微弯传感器是一种强度调制式光纤传感器,它是利用光纤的微弯损耗效应来测量压力、温度、加速度、应变、流量等环境参量的变化.应用模式耦合理论分析了光纤微弯传感的基本原理,设计了两种不同结构参数的光纤微弯传感器,并且研究了传感器在载荷力的微扰下的输出特性和影响传感器灵敏度的关键因素.实验研究表明,所设计的微弯型压力传感器在一定的压力范围内具有较高的灵敏度、较好的线性和重复性.