說說壓力傳感器兩種芯體材質的性能
點擊次數：4096 更新時間：2019-08-22
壓力傳感器是工業實踐、儀器儀表控制中常用的一種傳感器，并廣泛應用于各種工業自控環境，涉及水利水電、鐵路交通、生產自控、航空航天、、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業。
壓力傳感器的種類繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、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，材質品種繁多，本文主要介紹下兩種芯體材質的性能，分別是硅-藍寶石和SiC薄膜材料。
硅-藍寶石材料是通過外延生長技術將硅晶體生長在藍寶石（α-Al2O3）襯底上形成的。硅晶體可以認為是藍寶石的延伸部分，二者構成硅-藍寶石SOS（Silicon On Sapphire）晶片。藍寶石材料為絕緣體，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結泄漏而產生的漂移，還能提供很高的應變效應和高溫（≥300℃）環境下的工作穩定性。藍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*的重復性；藍寶石又是一種惰性材料，化學穩定性好，耐腐蝕，抗輻射能力強；藍寶石的機械強度高。
綜上所述，充分利用硅-藍寶石的特點，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、穩定可靠的指標，還必須解決好整體結構中材料之間的熱匹配性，否則難以達到預期的目標。由于硅-藍寶石材料又脆又硬，其硬度僅次于金剛石，制作工藝技術比較復雜。
SiC薄膜材料是另一種在特殊環境下使用的化合物半導體。它由碳原子和硅原子組成。利用離子注入摻雜技術將碳原子注入單晶硅內，便可獲得的立方體結構的SiC。隨著摻雜濃度的差異得到的晶體結構不同，可表示為β-SiC。β表示不同形態的晶體結構。用離子注入法得到的SiC材料，自身的物理、化學及電學特性優異，表現出高強度、大剛度、內部殘余應力很低、化學惰性*、較寬的禁帶寬度（近乎硅的1-2倍）及較高的壓阻系數的特性；因此，SiC材料能在高溫下耐腐蝕、抗輻射，并具有穩定的電學性質。非常適合在高溫、惡劣環境下工作的微機電選擇使用。
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，化學氣相淀積（VCD）等技術，將其制在Si襯底上或者絕緣體襯底（SiCOI）上，供設計者選用。例如航空發動機、火箭及衛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，實現上述場合的壓力測量。測壓時的工作溫度可達到600℃以上。
