壓力傳感器制造芯體的幾種材質(zhì)

壓力傳感器的核心材料目前有很多種，下面簡(jiǎn)單介紹幾種核心材料的性能。

1，單晶硅。

硅廣泛應(yīng)用于集成電路和微電子器件的生產(chǎn)，主要利用硅的電學(xué)特性；在微機(jī)電系統(tǒng)微機(jī)械結(jié)構(gòu)中，新一代硅機(jī)電器件是利用其機(jī)械特性制造出來(lái)的。硅材料儲(chǔ)量豐富，成本低廉。硅晶體容易生長(zhǎng)，且具有超純無(wú)雜質(zhì)的材料，雜質(zhì)在幾十億量級(jí)，因此內(nèi)耗小，機(jī)械品質(zhì)因數(shù)可高達(dá)10-6個(gè)數(shù)量級(jí)。設(shè)計(jì)良好的微主動(dòng)結(jié)構(gòu)，如微傳感器，可以實(shí)現(xiàn)最小的遲滯和蠕變，良好的重復(fù)性，長(zhǎng)期穩(wěn)定性和高可靠性。因此，采用硅材料制成的硅壓阻式壓力傳感器有利于解決長(zhǎng)期困擾傳感器領(lǐng)域的三大問(wèn)題——遲滯性、重復(fù)性和長(zhǎng)期漂移。

單晶硅電阻應(yīng)變敏感系數(shù)高。在相同的輸入下，信號(hào)輸出可以高于金屬應(yīng)變儀，一般是金屬的10-100倍，對(duì)輸入信號(hào)可以敏感到10-6級(jí)甚至10-8級(jí)。硅材料的制造工藝與集成電路工藝兼容性好，便于小型化、集成化和大規(guī)模生產(chǎn)。硅可以被很多材料覆蓋，比如氮化硅，所以可以被優(yōu)良的防腐介質(zhì)保護(hù)。具有更好的耐磨性。

硅材料的優(yōu)點(diǎn)可以分為:優(yōu)異的機(jī)械性能；微機(jī)械結(jié)構(gòu)和微機(jī)電元件便于批量加工；兼容微電子集成電路工藝；微機(jī)械和微電子電路易于集成。

正是這些優(yōu)勢(shì)使硅成為制造微機(jī)電和微機(jī)械結(jié)構(gòu)的最重要和首選的材料。但硅對(duì)溫度極其敏感，其電阻溫度系統(tǒng)接近2000×10-6/k量級(jí)，因此所有基于硅壓阻效應(yīng)的傳感器都必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償，這是一個(gè)缺點(diǎn)；另一方面，它可以在測(cè)量其他參數(shù)的同時(shí)直接測(cè)量溫度。

2，多晶硅。

多晶硅是許多單晶(晶粒)的聚合體。這些晶粒的排列是無(wú)序的，不同的晶粒有不同的單晶取向，每個(gè)晶粒都具有單晶的特征。晶粒間的位置稱為晶界，晶界對(duì)其電學(xué)特性的影響可以通過(guò)摻雜原子濃度來(lái)調(diào)節(jié)。

多晶硅薄膜具有工作溫度范圍寬(-60~+300℃)、電阻率可調(diào)、溫度系數(shù)可調(diào)、應(yīng)變敏感系數(shù)高、電阻值調(diào)整準(zhǔn)確的特點(diǎn)。因此，在開發(fā)微傳感器和微致動(dòng)器時(shí)，使用多晶硅薄膜的這些電特性有時(shí)比僅使用單晶硅更有價(jià)值。例如，壓敏隔膜由具有優(yōu)異機(jī)械性能的單晶硅制成，其覆蓋有介電膜二氧化硅，然后在二氧化硅上沉積多晶硅壓阻膜。這種混合結(jié)構(gòu)的微型壓力傳感器充分發(fā)揮了單晶硅和多晶硅材料的優(yōu)勢(shì)，其工作高溫至少可達(dá)200℃甚至300℃；低溫是-60℃。

3，硅藍(lán)寶石。

硅藍(lán)寶石材料是通過(guò)在藍(lán)寶石(α-Al2O3)襯底上外延生長(zhǎng)硅晶體而形成的。硅晶體可以看作是藍(lán)寶石的延伸，它構(gòu)成了硅藍(lán)寶石SOS(SiliconNapphire)晶片。藍(lán)寶石是絕緣體，沉積在上面的每個(gè)電阻的電學(xué)性質(zhì)是完全獨(dú)立的。這不僅可以消除PN結(jié)泄漏引起的漂移，還可以提供高應(yīng)變效應(yīng)和高溫(≥300℃)下的工作穩(wěn)定性。藍(lán)寶石材料的遲滯和蠕變可以忽略不計(jì)，因此具有極好的重復(fù)性。藍(lán)寶石也是惰性材料，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐腐蝕，抗輻射能力強(qiáng)；藍(lán)寶石機(jī)械強(qiáng)度高。

綜上所述，充分利用硅藍(lán)寶石的特性，可以制造出耐高溫、耐腐蝕、抗輻射等性能優(yōu)越的傳感器和電路。但是，為了獲得高精度、穩(wěn)定可靠的指標(biāo)，需要解決整體結(jié)構(gòu)中材料之間的熱匹配，否則很難達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。由于硅藍(lán)寶石材料脆硬，硬度僅次于金剛石，制造工藝復(fù)雜。

4，化合物半導(dǎo)體材料。

硅是制造微機(jī)電器件和器件的主要材料。為了提高器件和系統(tǒng)的性能，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，化合物半導(dǎo)體材料在一些特殊技術(shù)中發(fā)揮著重要作用。例如，在紅外、可見光和紫外成像器和探測(cè)器中，PbSe、InAs、Hg1-xCdxTe(x代表鎘的百分比)和其他材料已被廣泛使用。

5，碳化硅薄膜材料。

碳化硅是另一種用于特殊環(huán)境的化合物半導(dǎo)體。它由碳原子和硅原子組成。通過(guò)離子注入摻雜技術(shù)將碳原子注入單晶硅中，可以獲得高質(zhì)量的立方結(jié)構(gòu)碳化硅。隨著摻雜濃度的不同，晶體結(jié)構(gòu)也不同，可以表示為β-SiC。β表示不同的晶體結(jié)構(gòu)。通過(guò)離子注入獲得的SiC材料具有優(yōu)異的物理、化學(xué)和電學(xué)性能，表現(xiàn)出高強(qiáng)度、高剛度、低內(nèi)部殘余應(yīng)力、強(qiáng)化學(xué)惰性、寬帶隙(接近硅的1-2倍)和高壓阻系數(shù)，因此，SiC材料在高溫下可以抗腐蝕和輻射，具有穩(wěn)定的電學(xué)性能。非常適合高溫惡劣環(huán)境下工作的MEMS。

碳化硅是一種具有寬帶隙、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高熱導(dǎo)率、高電子飽和速度以及優(yōu)異的機(jī)械和化學(xué)性能的材料。這些特性使得SiC材料適合制造高溫、大功率、高頻電子器件；也適用于制造高溫半導(dǎo)體壓力傳感器。

深圳市力準(zhǔn)傳感技術(shù)有限公司是專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)高品質(zhì)、高精度力值測(cè)量傳感器的廠家。主要產(chǎn)品有微型壓式傳感器、柱式傳感器、螺桿拉壓式傳感器、S型傳感器、軸銷傳感器、稱重測(cè)力傳感器、多維力傳感器、扭矩傳感器、位移傳感器、壓力變送器、液壓傳感器、變送器/放大器、控制儀表、以及手持儀等力控產(chǎn)品達(dá)千余種，并已獲得多項(xiàng)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)，產(chǎn)品技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新、新品研發(fā)能力強(qiáng)。產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于多種新型和智能化高端領(lǐng)域，包括工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線、3C、新能源、機(jī)器人、機(jī)械制造、醫(yī)療、紡織、汽車、冶金以及交通等領(lǐng)域。

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