高溫壓力傳感器發(fā)表時(shí)間:2023-04-01 08:56 高溫壓力傳感器在航天、航空、國(guó)防建設(shè)、能源開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用需求。常溫MEMS壓力傳感器主要以硅(Si)基壓力傳感器為主,在 100℃工作溫度范圍內(nèi),商業(yè)化的 Si 壓力傳感器工藝成熟、體積小、性能好,但是當(dāng)其在超過(guò) 120℃環(huán)境使用時(shí),內(nèi)部 PN 結(jié)會(huì)出現(xiàn)漏電,傳感器性能下降甚至失效。另外,Si 材料在大于 500℃時(shí)還會(huì)發(fā)生塑性變形,不能滿(mǎn)足高溫環(huán)境下壓力測(cè)量的需求 。為此,國(guó)內(nèi)外學(xué)者將目光投向其他材料,研究耐高溫材料制備高溫傳感器的可行性。通過(guò)二十余年的研究,高溫壓力傳感技術(shù)領(lǐng)域的研究成果豐富 據(jù)了解,傳感器在惡劣環(huán)境特別是在高溫、多相介質(zhì)、高沖擊高振動(dòng)環(huán)境要進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定工作,對(duì)傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原材料的選用、標(biāo)定過(guò)程試驗(yàn)控制等都要有較高要求,而高溫壓力敏感芯片的自主制作是其中重要環(huán)節(jié),比如高溫壓力傳感器敏感芯片的制作選用SOI硅晶圓,在高溫壓力芯片的MEMS工藝制造中要嚴(yán)格控制腐蝕參數(shù)和離子注入能量,有效電阻刻蝕為隔離槽制作,電極也是全新工藝多層濺射和多層刻蝕等。 高溫環(huán)境下的壓力測(cè)量已成為國(guó)防、工業(yè)控制領(lǐng)域必須突破和掌握的基礎(chǔ)關(guān)鍵技術(shù)之一。近年來(lái),新材料的發(fā)現(xiàn),MEMS工藝加工、封裝工藝和傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的突破,促進(jìn)了高溫壓力傳感器的研究工作。國(guó)外在高溫壓力傳感器的研究方面已取得了較大進(jìn)展,形成了多種類(lèi)型的產(chǎn)品。相比國(guó)外,國(guó)內(nèi)高溫壓力傳感器的研究起步較晚,雖然十二五期間在基于SiC的高溫壓力傳感器的研究方面取得了一定進(jìn)展,但要實(shí)現(xiàn)傳感器真正意義上的工程化、產(chǎn)業(yè)化還需投入更多的精力。針對(duì)歐美對(duì)我國(guó)實(shí)施技術(shù)封鎖的實(shí)際情況,以及國(guó)內(nèi)高溫壓力傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀,筆者提出兩點(diǎn)建議:①加強(qiáng)自主高溫壓力傳感器的研究,特別是具有潛力的基于SiC的高溫壓力傳感器、SAW無(wú)線(xiàn)高溫壓力傳感器的研究;②緊跟國(guó)外研究進(jìn)展,著手開(kāi)展多參數(shù)集成高溫傳感器系統(tǒng)、高溫電路的研制。終,我國(guó)要完成傳感器的工程化、產(chǎn)業(yè)化,形成系列產(chǎn)品,提升技術(shù)整體水平與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力,為重型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、高超發(fā)動(dòng)機(jī)等先進(jìn)動(dòng)力設(shè)備的研制提供技術(shù)支撐。 壓力傳感器是目前應(yīng)用為廣泛的一種傳感器。傳統(tǒng)的壓力傳感器以機(jī)械結(jié)構(gòu)型的器件為主,利用壓電效應(yīng),把彈性體的形變轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)壓力的大小。隨著半導(dǎo)體技術(shù)和MEMS技術(shù)的發(fā)展,壓力傳感器性能得到大幅提高,不僅體積小、質(zhì)量輕、功耗小,而且精度、穩(wěn)定性、可靠性更高,這也大大擴(kuò)展了它的應(yīng)用市場(chǎng)。高溫壓力傳感器主要是為了解決高溫環(huán)境下各種氣體、液體壓力的測(cè)量,廣泛應(yīng)用于鍋爐、管道、高溫反應(yīng)容器內(nèi)的壓力、井下壓力和各種發(fā)動(dòng)機(jī)腔體內(nèi)的壓力、高溫油品液位與檢測(cè)、油井測(cè)壓等領(lǐng)域壓力的測(cè)量。在這些領(lǐng)域中,傳感器都處于高溫環(huán)境條件下工作,使得傳感器的放大電路工作很容易失效,這也是高溫壓力傳感器設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。解決辦法就是將傳感器件與放大電路相分離,其中傳感器件由MEMS工藝來(lái)實(shí)現(xiàn),信號(hào)激勵(lì)與信號(hào)處理由計(jì)算機(jī)來(lái)完成 |