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(tǒng)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，不能提供電學輸出。隨著半導體技術的發(fā)展，半導體壓力傳感器也應運而生。其特點是體積小、質(zhì)量輕、準確度高、溫度特性好。特別是隨著MEMS技術的發(fā)展，半導體傳感器向著微型化發(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、液體的壓力進行測量。主要用于測量鍋爐、管道、高溫反應容器內(nèi)的壓力、井下壓力和各種發(fā)動機腔體內(nèi)的壓力、高溫油品液位與檢測、油井測壓等領域。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(wěn)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，薄膜會發(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系是非線性關系，因此，要用具有補償功能的測量電路對輸出電容進行非線性補償。由于高溫壓力傳感器工作在高溫環(huán)境下，補償電路會受到環(huán)境溫度的影響，從而產(chǎn)生較大的誤差。基于模型識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，通過模型識別來得到所測環(huán)境的壓力。高溫工作區(qū)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，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鍵合在一起，形成具有一定穩(wěn)定性的硅膜片電容壓力傳感器