高溫下的微型壓力傳感器制作工藝

微型壓力傳感器是使用最為廣泛的一種傳感器。傳統的壓力傳感器以機械結構型的器件為主，以彈性元件的形變指示壓力，但這種結構尺寸大、質(zhì)量輕，不能提供電學(xué)輸出。隨著(zhù)半導體技術(shù)的發(fā)展，半導體壓力傳感器也應運而生。其特點(diǎn)是體積小、質(zhì)量輕、準確度高、溫度特性好。特別是隨著(zhù)MEMS技術(shù)的發(fā)展，半導體傳感器向著(zhù)微型化發(fā)展，而且其功耗小、可靠性高。

　　高溫微型壓力傳感器是為了解決在高溫環(huán)境下對各種氣體、液體的壓力進(jìn)行測量。主要用于測量鍋爐、管道、高溫反應容器內的壓力、井下壓力和各種發(fā)動(dòng)機腔體內的壓力、高溫油品液位與檢測、油井測壓等領(lǐng)域。目前，研究比較多的高溫壓力傳感器主要有SOS，SOI，SiO2，Poly2Si等半導體傳感器，還有濺射合金薄膜高溫壓力傳感器、高溫光纖壓力傳感器和高溫電容式壓力傳感器等。半導體電容式壓力傳感器相比壓阻式壓力傳感器其靈敏度高、溫度穩定性好、功耗小，且只對壓力敏感，對應力不敏感，因此，電容式壓力傳感器在許多領(lǐng)域得到廣泛應用。

　　硅電容式微型壓力傳感器的敏感元件是半導體薄膜，它可以由單晶硅、多晶硅等利用半導體工藝制作而成。典型的電容式傳感器由上下電極、絕緣體和襯底構成。當薄膜受壓力作用時(shí)，薄膜會(huì )發(fā)生一定的變形，因此，上下電極之間的距離發(fā)生一定的變化，從而使電容發(fā)生變化。但電容式壓力傳感器的電容與上下電極之間的距離的關(guān)系是非線(xiàn)性關(guān)系，因此，要用具有補償功能的測量電路對輸出電容進(jìn)行非線(xiàn)性補償。由于高溫壓力傳感器工作在高溫環(huán)境下，補償電路會(huì )受到環(huán)境溫度的影響，從而產(chǎn)生較大的誤差?；谀Ｐ妥R別的高溫壓力傳感器，正是為了避免補償電路在高溫環(huán)境下工作產(chǎn)生較大誤差而設計的，其設計方案是把傳感器件與放大電路分離，通過(guò)模型識別來(lái)得到所測環(huán)境的壓力。高溫工作區溫度可達350℃。傳感器件由鉑電阻和電容式壓力傳感器構成。其MEMS工藝如下：

　　高溫微型壓力傳感器由硅膜片、襯底、下電極和絕緣層構成。其中下電極位于厚支撐的襯底上。電極上蒸鍍一層絕緣層。硅膜片則是利用各向異性腐蝕技術(shù)，在一片硅片上從正反面腐蝕形成的。上下電極的間隙由硅片的腐蝕深度決定。硅膜片和襯底利用鍵合技術(shù)鍵合在一起，形成具有一定穩定性的硅膜片電容壓力傳感器