【北崎電氣】高溫微型壓力傳感器基本組成及制作工藝

硅電容式壓力傳感器的敏感元件是半導體薄膜,它可以由單晶硅、多晶硅等利用半導體工藝制作而成。典型的電容式傳感器由上下電極、絕緣體和襯底構成。當薄膜受壓力作用時,薄膜會發生一定的變形,因此,上下電極之間的距離發生一定的變化,從而使電容發生變化。但電容式壓力傳感器的電容與上下電極之間的距離的關系是非線性關系,因此,要用具有補償功能的測量電路對輸出電容進行非線性補償。由于高溫壓力傳感器工作在高溫環境下,補償電路會受到環境溫度的影響,從而產生較大的誤差。基于模型識別的高溫壓力傳感器,正是為了避免補償電路在高溫環境下工作產生較大誤差而設計的,其設計方案是把傳感器件與放大電路分離,通過模型識別來得到所測環境的壓力。高溫工作區溫度可達350 ℃。傳感器件由鉑電阻和電容式壓力傳感器構成。

高溫壓力傳感器由硅膜片、襯底、下電極和絕緣層構成。其中下電極位于厚支撐的襯底上。電極上蒸鍍一層絕緣層。硅膜片則是利用各向異性腐蝕技術,在一片硅片上從正反面腐蝕形成的。上下電極的間隙由硅片的腐蝕深度決定。硅膜片和襯底利用鍵合技術鍵合在一起,形成具有一定穩定性的硅膜片電容壓力傳感器[2] 。由于鉑電阻耐高溫,且對溫度敏感,選用鉑電阻,既可以當普通電阻使用,又可以作為溫度傳感器用以探測被測環境的溫度。金屬鉑電阻和硅膜片的參數為:0 ℃時鉑電阻值為1 000Ω;電阻率為1. 052 631 6 ×10 - 5Ω?cm;密度為21 440 kg/ m3 ;比熱為132. 51 J/ (kg?K) 、熔斷溫度為1 769 ℃,故鉑電阻可加工為寬度為0. 02 mm;厚度為0. 2μm;總長度為3 800μm,制作成鋸齒狀,可在幅值為10 V 的階躍信號下正常工作。電容式壓力傳感器的上下電極的間隙為3μm、圓形平板電容上下電極的半徑為73μm、其電容值為50 pF。

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