說說壓力傳感器兩種芯體材質(zhì)的性能
點擊次數(shù)：3837 更新時間：2019-08-22
壓力傳感器是工業(yè)實踐、儀器儀表控制中常用的一種傳感器，并廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、生產(chǎn)自控、航空航天、、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)。
壓力傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。芯體是其核心部件，材質(zhì)品種繁多，本文主要介紹下兩種芯體材質(zhì)的性能，分別是硅-藍(lán)寶石和SiC薄膜材料。
硅-藍(lán)寶石材料是通過外延生長技術(shù)將硅晶體生長在藍(lán)寶石（α-Al2O3）襯底上形成的。硅晶體可以認(rèn)為是藍(lán)寶石的延伸部分，二者構(gòu)成硅-藍(lán)寶石SOS（Silicon On Sapphire）晶片。藍(lán)寶石材料為絕緣體，在其上面淀積的每一個電阻，其電性能是*獨立的。這不僅能消除因PN結(jié)泄漏而產(chǎn)生的漂移，還能提供很高的應(yīng)變效應(yīng)和高溫（≥300℃）環(huán)境下的工作穩(wěn)定性。藍(lán)寶石材料的遲滯和蠕變小到可以忽略不計的程度，因而具有*的重復(fù)性；藍(lán)寶石又是一種惰性材料，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐腐蝕，抗輻射能力強(qiáng)；藍(lán)寶石的機(jī)械強(qiáng)度高。
綜上所述，充分利用硅-藍(lán)寶石的特點，可以制作出具有耐高溫、耐腐蝕及抗輻射等*性能的傳感器和電路；但要獲得精度高、穩(wěn)定可靠的指標(biāo)，還必須解決好整體結(jié)構(gòu)中材料之間的熱匹配性，否則難以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。由于硅-藍(lán)寶石材料又脆又硬，其硬度僅次于金剛石，制作工藝技術(shù)比較復(fù)雜。
SiC薄膜材料是另一種在特殊環(huán)境下使用的化合物半導(dǎo)體。它由碳原子和硅原子組成。利用離子注入摻雜技術(shù)將碳原子注入單晶硅內(nèi)，便可獲得的立方體結(jié)構(gòu)的SiC。隨著摻雜濃度的差異得到的晶體結(jié)構(gòu)不同，可表示為β-SiC。β表示不同形態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)。用離子注入法得到的SiC材料，自身的物理、化學(xué)及電學(xué)特性優(yōu)異，表現(xiàn)出高強(qiáng)度、大剛度、內(nèi)部殘余應(yīng)力很低、化學(xué)惰性*、較寬的禁帶寬度（近乎硅的1-2倍）及較高的壓阻系數(shù)的特性；因此，SiC材料能在高溫下耐腐蝕、抗輻射，并具有穩(wěn)定的電學(xué)性質(zhì)。非常適合在高溫、惡劣環(huán)境下工作的微機(jī)電選擇使用。
由于SiC單晶體材料成本高，硬度大及加工難度大，所以硅單晶片為襯底的SiC薄膜就成為研究和使用的理想選擇。通過離子注入，化學(xué)氣相淀積（VCD）等技術(shù)，將其制在Si襯底上或者絕緣體襯底（SiCOI）上，供設(shè)計者選用。例如航空發(fā)動機(jī)、火箭及衛(wèi)星等耐熱腔體及其表面部位的壓力測量，便可選用以絕緣體為襯底的SiC薄膜，作為感壓元件（膜片），并制成高溫壓力微傳感器，實現(xiàn)上述場合的壓力測量。測壓時的工作溫度可達(dá)到600℃以上。
