大气压力传感器的设计与制造

大气压力传感器在工业生产、气象预报、气候分析、环境监测、航空航天等方面发挥着不可替代的作用。传统的压力传感器一般为机械式，体积比较大，不利于微型化和集成化。利用MEMS技术不仅可以解决上述缺点，还能极大地降低成本，而性能更为优异。如今基于MEMS技术得到广泛应用的压力传感器主要有压阻式和电容式两大类，压阻式压力传感器的线性度很好，但精度一般，温漂大，一致性差；电容式压力传感器与之相比，精度更高，温漂小，芯片结构更具鲁棒性，但线性度差且易受寄生电容的影响。目前MEMS电容式压力传感器多用于过压测量，用于气象压力测量的较少且价格昂贵。为此，本文研制了一种高性能、低成本的微型电容气象压力传感器，整个流程工艺简单标准，薄膜材料选择单晶硅，采用接触式结构，利用阳极键合形成真空腔，最后由KOH各向异性腐蚀和深刻蚀形成硅薄膜。试验结果表明，该传感器适用于气象压力测量。大气压力传感器的设计与制造敏感薄膜是大气压力传感器最核心的部件，其材料、尺寸和厚度决定着传感器的性能。目前敏感薄膜的材料多采用重掺杂p型硅、Si3N4、单晶硅等。这几种材料都各有优缺点，其选择与目标要求和具体工艺相关。硅膜不破坏晶格，机械性能优异，适于阳极键合形成空腔，从简化工艺的目的出发，本方案选择硅膜。利用有限元分析软件ANSYS对接触式结构的薄膜工作状态进行了模拟。材料为Si，膜的形状为正方形，边长1000μm，膜厚5μm，极板间距10μm。在1.01105Pa的大气压力下，薄膜中央接触部分及四个边角基本不受应力，四边中央应力最大为1.07MPa，小于硅的屈服应力7MPa。本文链接：http://www.cazsensor.com/xwdt/123.html