壓力傳感器的設計

壓力傳感器策劃人：耿文飛目錄產(chǎn)品背景和發(fā)展前景產(chǎn)品設計的主要內(nèi)容產(chǎn)品系統(tǒng)的基本組成產(chǎn)品背景和發(fā)展前景壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)。壓力傳感器的應用相當廣泛，設計起來相對簡單，而且操作方便、價格便宜，適宜大規(guī)模使用，因此，本產(chǎn)品擁有廣闊的發(fā)展前景。產(chǎn)品背景和發(fā)展前景1.壓力傳感器的發(fā)展

硅單晶材料優(yōu)良的壓阻效應與完美的微加工技術(shù)相結(jié)合，被廣泛用于制備壓力傳感器。這種薄膜壓力傳感器的發(fā)展過程可以分為四個階段。

(l)發(fā)明階段(1497~1906):這個階段主要是以1497年雙極性晶體管的發(fā)明為標志。此后，半導體及設備的特性得到了廣泛應用。史密斯(CS.Smith)于1945年發(fā)現(xiàn)了硅和鍺的壓阻效應[，即當有機械力作用于半導體材料時，其電阻發(fā)生變化。依據(jù)此原理制成的第一個壓力傳感器是把應變!創(chuàng)沮片粘在金屬簿上，將力信號轉(zhuǎn)化為電信號進行測量。此階段最小尺寸大約為Icm。

(2)荃礎技術(shù)發(fā)展階段(1906一197)0:為提高傳感器的性能，應變片被直接擴散在硅杯的底面簿膜上。用硅杯代替金屬膜，’實現(xiàn)了金屬一硅共晶體。這個階段也是“商業(yè)和市場發(fā)展的階段”，即把技術(shù)研究變?yōu)閷嶋H應用。此階段最小加工線度為0.scm。產(chǎn)品背景和發(fā)展前景

(3)批量加工階段(1907一198)0:采用選擇性的各項異性的化學腐蝕加工的工藝提高膜片的性能。由于腐蝕可以在整個表面進行，因此，數(shù)百個傳感器膜片可以一批加工完成。這一階段類似于集成電路的制作。山于表面光刻技術(shù)的發(fā)展，加工尺寸十分精確，加之離子注入工藝的應用使工藝水平進一步提高。此階段最小加工尺寸為0,2cm。

(4)微機械加工階段(1908~今):微機械加工工藝適應于結(jié)構(gòu)型傳感器，或線度在微米級(10一6協(xié)m)范圍的其他結(jié)構(gòu)。利用這一技術(shù)可以加工、蝕刻微米級的溝、條、膜，標志著傳感器已進入了微米階段。此階段標志傳感器的最小尺寸為0.02cm。2.壓力傳感器的研究現(xiàn)狀

目前，壓力傳感器技術(shù)的研究方向:

1)開發(fā)耐高溫的壓力傳感器:主要是以新型半導體材料(IS)C為膜片的壓阻式力傳感器為代表。zierman，Rene和vonBerg，Jochen等人先于1997年報

導了使用單晶n型psiC材料制成的壓力傳感器，這種壓力傳感器工作溫度可

達573K，耐輻射，且有較高的靈敏度;okojie，Oberts和Ned，

AlexanderA等人

產(chǎn)品背景和發(fā)展前景

1997年報導了可工作在500℃條件下的6H-SiC壓阻式力傳感器1101，它的滿程輸出范圍可達40.66mV(230C)和20.03mV(5000C)，線性度可達一0.17%，電阻的溫度系數(shù)為一0.25%/0C(1000C)和一0.05%/0C(5000C)o

(2)微機械加工的壓力傳感器:主要是以微機械加工為標志的，線度大約在1-2mm左右的微型壓力傳感器，這種壓力傳感器由于體積很小，可以放置于人體的重要器官(如:血管、眼睛等)內(nèi)進行有關數(shù)據(jù)的采集。Hachol,Andrzej;Dziuban,JanBochenek,Andraejl"11996年報導了他們研制的用于測量眼壓(fJ眼壓計，其膜片直徑為1mm，靈敏度系數(shù)亦較高;Marco,S和Samitier,J等人于1997年也報導了使用極簿膜片構(gòu)成的高性能、用于生物學研究的壓阻式力