压力传感器的设计

压力传感器策划人：耿文飞目录产品背景和发展前景产品设计的主要内容产品系统的基本组成产品背景和发展前景压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。压力传感器的应用相当广泛，设计起来相对简单，而且操作方便、价格便宜，适宜大规模使用，因此，本产品拥有广阔的发展前景。产品背景和发展前景1.压力传感器的发展

硅单晶材料优良的压阻效应与完美的微加工技术相结合，被广泛用于制备压力传感器。这种薄膜压力传感器的发展过程可以分为四个阶段。

(l)发明阶段(1497~1906):这个阶段主要是以1497年双极性晶体管的发明为标志。此后，半导体及设备的特性得到了广泛应用。史密斯(CS.Smith)于1945年发现了硅和锗的压阻效应[，即当有机械力作用于半导体材料时，其电阻发生变化。依据此原理制成的第一个压力传感器是把应变!创沮片粘在金属簿上，将力信号转化为电信号进行测量。此阶段最小尺寸大约为Icm。

(2)荃础技术发展阶段(1906一197)0:为提高传感器的性能，应变片被直接扩散在硅杯的底面簿膜上。用硅杯代替金属膜，’实现了金属一硅共晶体。这个阶段也是“商业和市场发展的阶段”，即把技术研究变为实际应用。此阶段最小加工线度为0.scm。产品背景和发展前景

(3)批量加工阶段(1907一198)0:采用选择性的各项异性的化学腐蚀加工的工艺提高膜片的性能。由于腐蚀可以在整个表面进行，因此，数百个传感器膜片可以一批加工完成。这一阶段类似于集成电路的制作。山于表面光刻技术的发展，加工尺寸十分精确，加之离子注入工艺的应用使工艺水平进一步提高。此阶段最小加工尺寸为0,2cm。

(4)微机械加工阶段(1908~今):微机械加工工艺适应于结构型传感器，或线度在微米级(10一6协m)范围的其他结构。利用这一技术可以加工、蚀刻微米级的沟、条、膜，标志着传感器已进入了微米阶段。此阶段标志传感器的最小尺寸为0.02cm。2.压力传感器的研究现状

目前，压力传感器技术的研究方向:

1)开发耐高温的压力传感器:主要是以新型半导体材料(IS)C为膜片的压阻式力传感器为代表。zierman，Rene和vonBerg，Jochen等人先于1997年报

导了使用单晶n型psiC材料制成的压力传感器，这种压力传感器工作温度可

达573K，耐辐射，且有较高的灵敏度;okojie，Oberts和Ned，

AlexanderA等人

产品背景和发展前景

1997年报导了可工作在500℃条件下的6H-SiC压阻式力传感器1101，它的满程输出范围可达40.66mV(230C)和20.03mV(5000C)，线性度可达一0.17%，电阻的温度系数为一0.25%/0C(1000C)和一0.05%/0C(5000C)o

(2)微机械加工的压力传感器:主要是以微机械加工为标志的，线度大约在1-2mm左右的微型压力传感器，这种压力传感器由于体积很小，可以放置于人体的重要器官(如:血管、眼睛等)内进行有关数据的采集。Hachol,Andrzej;Dziuban,JanBochenek,Andraejl"11996年报导了他们研制的用于测量眼压(fJ眼压计，其膜片直径为1mm，灵敏度系数亦较高;Marco,S和Samitier,J等人于1997年也报导了使用极簿膜片构成的高性能、用于生物学研究的压阻式力