高温大压力传感器研究现状与发展趋势

高温环境下大量程压力测量技术在工业、航空航天、石油勘探等领域具有广阔的应用前景。高温大压力传感器是目前研究的热点。对目前几种常用的高温大压力传感器包括多晶硅高温压力传感器、单晶硅（SOI）压力传感器、硅 蓝宝石（SOS）高温压力传感器、SiC高温压力传感器、光纤高温压力传感器的工作原理、国内外研究现状以及应用特点进行了阐述。最后,对高温大压力传感技术未来的发展趋势进行了展望。     

SOI高温压力传感器的研究

介绍了SOI压力传感器的制作工艺,并且通过有限元软件对传感器输出特性进行模拟,模拟结果与实际测得结果是相符的.对SOI压力传感器测量结果表明,当温度增加到220℃传感器仍然能保持很好线性.另外对SOI压力传感器和多晶硅压力传感器进行比较,发现单晶硅SOI高温压力传感器灵敏度比多晶硅高温压力传感器灵敏度有较大提高.     

SO I 单晶硅压力传感器模拟计算与优化设计

利用有限元分析方法，借助ANSYS软件，对SOI单晶硅压力传感器进行一系列的分析和计算机模拟，探讨了传感器应变膜在固定宽度或固定面积条件下，宽长比对理论输出的影响，以及应变膜厚度对理论输出的影响，给出了设计应变膜的优化方案；并对根据模拟结果首次制作的SOI单晶硅压力传感器进行了测量，结果与理论值符合得较好。     

圆片级叠层键合技术在SOI高温压力传感器中的应用

针对绝缘体上硅(SOI)异质异构结构特点,提出了两次对准和两次阳极键合工艺方法,实现了圆片级SOI高温压力传感器硅敏感芯片的叠层键合。采用玻璃—硅—玻璃三层结构的SOI压力芯片具有良好的密封性和键合强度。经测试结果表明:SOI高温压力传感器芯片键合界面均匀平整无缺陷,漏率低于5×10~(-9)Pa·m~3/s,键合强度大于3 MPa。对芯片进行无引线封装,在500℃下测试得出传感器总精度小于0. 5%FS。     

SOI压力传感器在支架工作阻力监测中的应用

为了提高液压支架工作阻力监测的可靠性,研制了一种新型硅基SOI压力传感器。该传感器将双层电阻栅应变计与不锈钢弹性体相熔合,控制电路采用定值定时采样模式,保证了数据的有效性和连贯性。现场应用结果表明,新型硅基SOI压力传感器监测数据准确,可用于矿井顶板压架事故分析。     

半导体压力传感器的开发动向

近几年来,随着具有微型传感器特征的硅IC 制造技术的迅速发展,以硅作衬底材料的扩散型压力传感器以及把传感器和信号处理回路制造在同一硅片上的集成化压力传感器的开发工作进行得非常活跃。单晶硅不仅是优良的 IC 衬底材料,而且也是机械器件的优良材料,这是因为它具有以     

基于SOI-MEMS工艺的谐振式压力传感器研究

提出了一种电磁激励、差分检测的谐振式MEMS压力传感器,该器件采用低电阻率的SOI器件层单晶硅制作“H”型谐振梁,并作为激励和检测电极。根据对传感器数学模型的分析,利用有限元分析方法优化了传感器结构设计。采用等离子深刻蚀制作传感器结构,并用湿法腐蚀SOI二氧化硅层的方法释放。利用硅-玻璃阳极键合技术,实现了传感器的圆片级真空封装。采用开环扫描检测和闭环自激振荡方式,测定压力传感器的特性。实验结果表明：传感器一致性良好,在500~1100hPa的检测范围内,差分检测灵敏度为14.96Hz/hPa,线性相关系数为0.999996。     

基于MEMS实现SOI压力传感器工艺研究

应用压组效应原理制作硅氧化物绝缘体（SOI）压力传感器,具有耐高温、抗辐射、稳定性好等优点,本文说明了SOI在微电子机械系统（MEMS）技术上的实现优势,并对压力传感器SOI结构的实现工艺进行了探索性试验,完成了SOI压力传感器的设计和封装,在强调了压力传感器的测试方法的同时,对所设计的样品进行了测试。     

研制高温半导体力敏传感器的几种途径

本文介绍了SOS(兰宝石上生长硅单晶)传感器,多晶硅阻传感器以及SOI(绝缘衬底上生长硅)压阻传感器三种可以应用在高温的半导体力敏传感器的结构和制造工艺,着重介绍并分析比较了国内外目前生长SOI材科的五种方法以及用它制造压阻式传感器的几个特殊问题。     

单晶硅压力传感器技术进展

<正> 硅材料可分为单晶硅、多品硅和非晶硅。从结构上来说,单晶硅最简单,非晶硅最复杂。用这三种材料都可以制造压力传感器。这些压力传感器大致可以分成四种形式,即压阻式、电容式、MOS式和薄膜式。前三种主要以单晶硅制造,后一种主要以多晶硅和非晶硅制造。目前制造压力传感器仍以单晶硅为主,但从发展趋势来看似有向多品与非晶的薄膜式方向进展的势头。     

SOI压力传感器的灵敏度优化设计

目前压阻式压力传感器灵敏度优化计算仅基于压阻条整体性几何分布,在相关参数的优化上存在局限性,且在模型及计算等方面有一定误差。本文提出一种专门用于SOI压力传感器,通过精确分析敏感栅的栅数、栅长以及其坐标分布的最佳组合参数,结合不同量程芯体膜厚的计算,达到传感器灵敏度优化的方法。基于Microsoft Visual C++平台以及有限元、数值分析等接口技术,采用参数化建模,有限元分析仿真,数值后处理,编制循环分析算法,设计SOI压力传感器灵敏度优化程序。通过实验数据验证优化设计与实际吻合较好。     

基于MEMS工艺的SOI高温压力传感器设计

利用MEMS(微机电系统)工艺中的扩散,刻蚀,氧化,金属溅射等工艺制备出SOI高温压力敏感芯片,并通过静电键合工艺在SOI芯片背面和玻璃间形成真空参考腔,最后通过引线键合工艺完成敏感芯片与外部设备的电气连接.对封装的敏感芯片进行高温下的加压测试,高温压力测试结果表明,在21℃(常温)至300℃的温度范围内,传感器敏感芯片可在压力量程内正常工作,传感器敏感芯片的线性度从0.9 985下降为0.9 865,控制在较小的范围内.高温压力下的性能测试结果表明,该压力传感器可用于300℃恶劣环境下的压力测量,其高温下的稳定性能为压阻式高温压力芯片的研制提供了参考.     

高温压力传感器温度漂移补偿研究

针对高温压力传感器耐高温和高压的测量的要求,设计了压阻式压力传感器硅杯式芯片版图,采用SIMOX(separationbyimplantedoxygen)技术SOI(silicononinsulator)晶片,在微加工平台上制作了该芯片,获得了差动等臂等应变的惠斯登检测电桥。对采用耐高温封装后的传感器的热零点漂移、热灵敏度漂移和零位输出的补偿作了研究,设计了补偿电路,推导了热灵敏度漂移补偿的计算公式,在通用型高温压力传感器的研发中证明其可行性和实用性,并总结出了经验公式。     

Fabrication and temperature coefficient compensation technology of low cost high temperature pressure sensor

For the purposes of pressure measurement at high temperature in oil drilling industry as well as in other industrial measurement and control systems, the strain gauge chip of piezoresistive pressure sensor is designed based on separation by implanted oxygen (SIMOX) SOI (silicon on insulator) technology, and then fabricated in the micro-machining work bay. Some kinds of sensor mechanical structures are designed for different customers and conditions. The thermal coefficients of expansion (TCE) mismatches between different materials within the high-pressure sensor system are investigated. The sensor is fabricated successfully by using high temperature packaging process. The temperature coefficient of sensitivity (TCS) and temperature coefficient of offset (TCO) compensation circuitry is demonstrated. Based on experimental data, the sensor is tested with high accuracy and good stability.     

与汽车发动机电喷系统配套的压力传感器设计

论述了以具有ICP功能的单片机PIC12F675为核心,通过测量传感器桥路电压来测量传感器的温度场,利用硅压阻器件的温度特性方程进行汽车压力传感器温度补偿计算的原理;分析了利用PWM实现D/A输出精度的控制方法;通过温度补偿后的压力传感器,在工作温度下测量精度为1%,在极限温度下小于2%。     

一种新型SOI高声压噪声传感器研制

简介了一种新型绝缘体上硅(SOI)高声压噪声传感器.主要对提升噪声传感器关键指标的感声膜结构的设计过程进行了仿真和计算,利用ANSYS软件对设计尺寸进行了模拟仿真.对设计的噪声传感器进行了频响以及线性度测试:在高声压级135～200 dB动态范围内的线性度小于1％,频率响应为20～100000 Hz;工作温度范围在-40～260℃,传感器的输出为标准电压信号,可组成被动式声测量阵列,用于测量高声压级的噪声信号.     

硅压阻式压力传感器的温度补偿

分析了硅压阻式压力传感器的温度误差来源，给出了通过长时间实验的温度与传感器输出电阻的数据，提出了对此类传感器温度误差的测量和修正方法，从而保证此类传感器在大温度范围内得到高精度使用。     

Design of bossed silicon membranes for high sensitivity microphone applications

This paper deals with the design optimization of new high sensitivity microphones in silicon on insulator (SOI) technology for gas sensing applications. A novel geometry of bossed silicon membranes used as mechanical transducer has been studied by finite element modelling. Device fabrication is achieved from SOI substrates through deep backside anisotropic etching and shallow front side reactive ion etching to define a bossed sensing membrane with two reinforced areas. Thus, the influence of thin film stresses on the device performance is largely decreased. Polysilicon gauges are located on the reinforced areas to get a better linearity in pressure.