硅微微压传感器研究进展

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MEMS传感器的现状及发展前景

M E M S传感器的现状及发展前景集团标准化小组：[VVOPPT-JOPP28-JPPTL98-LOPPNN]毕业设计指导课论文MEMS传感器的现状及发展前景摘要：MEMS传感器是随着纳米技术的发展而兴起的新型传感器,具有很多新的特性,相对传统传感器其具有更大的优势。

在追求微型化的当代,其具有良好的发展前景,必将受到各个国家越来越多的重视。

文章首先介绍了MEMS传感器的分类和典型应用,然后着重对几个传感器进行了介绍,最后对MEMS传感器的发展趋势与发展前景进行了分析。

关键词：MEMS传感器;加度计;陀螺仪;纳米技术;微机构;微传感器StatusandDevelopmentProspectofMEMSSensorsAbstract:MEMSsensorisanewtypeofsensorwiththedevelopmentofnanotechnology.Ithasma nynewfeatures,whichhasagreatadvantageovertraditionalsensors.Inthepursuitofminia turizationofthecontemporary,itsgoodprospectsfordevelopment,willbesubjecttomoreandmoreattentioninvariouscountries.Firstly,theclassificationandtypicalapplicatio nofMEMSsensorareintroduced.Then,severalsensorsareintroduced.Finally,thedevelopm enttrendanddevelopmentprospectofMEMSsensorareanalyzed.Keywords:MEMSsensor;accelerometer;gyroscope;nanotechnology;micro-mechanism;micro-sensor目录一、引言MEMS传感器是采用微机械加工技术制造的新型传感器,是MEMS器件的一个重要分支。

MEMS传感器现状及应用

MEMS传感器现状及应用王淑华(中国电子科技集团公司第十三研究所,石家庄050051)摘要:M EM S传感器种类繁多,发展迅猛,应用广泛。

首先,简单介绍了M EMS传感器的分类和典型应用。

其次,对M EM S压力传感器、加速度计和陀螺仪三种最典型的MEM S传感器进行了详细阐述,包括类别、技术现状和性能指标、最新研究进展、产品,及应用情况。

介绍MEM S压力传感器时,给出了国内外采用新型材料制作用于极端环境下压力传感器的研究情况。

最后,从新材料、加工和组装技术方面对MEM S传感器的发展趋势进行了展望。

关键词:微电子机械系统(M EM S);传感器;加速度计;陀螺仪;压力传感器中图分类号:TH703文献标识码:A文章编号:1671-4776(2011)08-0516-07Current Status and Applications of MEMS SensorsWang Shuhua(T he13th Resear ch I ns titute,CE T C,S hij iaz huang050051,China)Abstract:MEMS sensors feature great varieties,rapid development and w ide applications.Firstly, the catego ries and ty pical applicatio ns of M EM S sensor s are introduced briefly.T hen three typ-i cal M EMS sensors,i1e.the pressure sensor,acceler ometer and g yrosco pe ar e illustrated in de-tail,including the subdiv ision,current technical capability and perfo rmance index,latest resear ch pro gress,products and their applications.Besides that,the research status of the MEM S pr es-sur e sensor using new m aterials for the extreme enviro nm ent at ho me and abro ad is presented. Finally,developm ent trends of M EM S sensors ar e predicted in term s o f new materials,pro ces-sing and assembling technolog y.Key words:micr oelectr omechanical system(M EM S);sensor;accelerom eter;gyr oscope;pr es-sur e sensorDOI:10.3969/j.issn.1671-4776.2011.08.008EEACC:25750引言MEM S传感器是采用微机械加工技术制造的新型传感器,是M EMS器件的一个重要分支。

SOI基纳米硅薄膜超微压压力传感器研究

０．６５ｍＶ，且具有较好的线性度和高温性能，可实现对０—１００Ｐａ超微压的测量。关键词：ＳＯＩ；纳米硅薄膜；超微压；压力传感器
中图分类号：ＴＰ２１２；ＴＮ３０６文献标识码：Ａ国家标准学科分类代码：４６０．４０２０
ＸｕＧａｏｂｉｎＬｉＬｉｎｇｙｕＣｈｅｎＸｉｎｇＭａＹｕａｎｍｉｎｇ
（ＭＥＭＳＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＡｎｈｕｉＰｒｏｖｉｎｃｅ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ
Ｔｈｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒｉｓｓｉｍｐｌｅｗｉｔｈｗｅｌｌｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙａｎｄｒｅｐｅａｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｔｈｅｍｏｄｅｌａｒｅ
ｖｅｉｒｉｆｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅＦＥＭｔｏｏｌＡＮＳＹＳ．Ｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｓｅｎｓｏｒａｆｆｅｃｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅ

一种硅微压阻式压力传感器的研究

ｍｍｌａｉｅｐｅｏｅｉｏｅｒｉｅｍｒｅｔｅｓｎｉｖｔＦｒｅｍｒ，ｈｔｓｄｓｉｕｕ，ｏｔｎｏｔｉｒｓｒｉｄｔｍｎｄｔｉｐｏｈｅｓｉｙｕｔｒｏｅｔｅｓｅｓｉｒ — ｃｏｆｈｚｓｔｓｅｏｖｔｉ．ｈｒｔｂｔｎｉｓｌｔｄｆｒｉｅｅｔｒｓｕｅｔｏｔｎｒｌｉｎｓｈｍｅｂｔｅｎｉｕｄｏｔｕａｕｎｅｋｉｉａｅｆｒｎｅｓｒｏｂａｅｏｃｅｅｗｅｐｔｕｔｌｅａｄｐａｏｓｍｕｏｄｐｉａｔｎａｎｐｖｓｅｓｈｓｓｄｐｏｉｅｆｒｎｅｏｅｉｎｔｚｉｔｅｃｏｒｓｕｅｅｓｒｔｓ．ｉｔｙｒｖｄｓｒｅｅｃｆｒｓｎａｄｏｉａｏｏｈｒｐｅｓｒｓｎｏ．ｒＴｕａｅｄｇｐｍｉｎｆｔｍｉ
算，确定了压敏电阻最佳放置位置，高灵敏度；各个不同的压力下仿真出应力分布图、出输入一来提并在得
输出关系图及应力峰值。研究为压阻式微压力传感器的结构以及优化、稳健设计提供了一定参考。关键词：压力传感器；敏电阻；微压弹性膜片；真仿【ｂｔａｔｈｒｓｒｓｎｏｏｉｏｐｅｏｉｉｉ０ＰｌｓｌｓａｎｙｄａｄＡｓｃ］Ｔｅｐｅｕｅｅｓｒｆｍｃｉｓｔｅｗｔ２ｋａｕｃｅｐｎｉａａｚ，ｒｓｒｚｓｖｈｆｌａｓｌｅｎ
第１期２１０２年１月
文章编号：０１３９（０２０ — １３０１０ — ９７２１）１００ — ３

谐振式硅微结构压力传感器非线性振动特性研究

维普资讯
第２７卷
第１期２
仪器仪表学报
ＣｈｎｓｏｒａｆＳｉｎｉｅＩｓｒｍｅｔｉｅｅＪｕｎｌｃｅｔｉｎｔｕｎｏｆ
Ｖｏ．７Ｎｏ１１２．２
Ｄｅ．２０ｃ０６
（ｃｏｌｆＩｓｕｎａｉｎＢｉａｇＵｉｅｓｔＢｉｉｇ１０８，ｈｎ）Ｓｈｏｏｎｔｍｅｔｔ，ｅｈｎｎｖｒｉｒｏｙ，ｅｊｎ００３Ｃｉａ
ＡｂｔａｔＴｈｏｌｅｒｖｂａｉｎｃａａｔｒｓｉｓｏｅｏａｔｓｌｏｉｒｓｒｃｕｅｐｅｓｒｅｓｒａｅｉ— ｓｒｃｅｎｎｉａｉｒｔｈｒｃｅｉｔｆｒｓｎｎｉｃｎｍｃｏｔｕｔｒｒｓｕｅｓｎｏｒｎｎｏｃｉ
Ｉｅｔｇｔｏｎｎｏｉｅｒｖｂａｉｎｃａａｔｒｓｉｓｏｅｏｎｔｓｌｃｎｎｖ பைடு நூலகம் ｉａｉｎｏｎｌｎａｉｒｔｏｈｒｃｅｉｔｃｆｒｓｎａｉｉｏ
ｍｉｒｓｒｃｕｅｐｅｓｒｅｏｃｏｔｕｔｒｒｓｕｅｓｎｓｒＦｎＳａｇｈｎＱｉｈｏｉＺａｇＸｕｎａｈｎｃｕａＳａｊｈｎａｏｅ
本文基于典型的非线性运动方程，用多尺度法展开研采
端固支梁，以梁作为二次敏感元件，直接感受膜片上的应力，间接感受被测压力。显然，被测压力改变了梁谐振子的刚度，即梁谐振子的固有频率将随压力的变化而变化。

基于SOI晶圆材料的硅微压传感器

ｌｅｒｙｉｌｓｈｎ０１Ｆｔｅａｃｒｃｓｌｓｈｎ０５ｉａｉｓｅｓｔａ．％ｎｔＳ．ｃｕａｙｉｅｓｔａ．％Ｆ．ｈａｒａｅｉｃｎｌｗｓｎｏａｏｄｐｒｒｎｅｈＳｔｅｆｂｃｔｄｓｌｏｅｓｒｈｓｇｏｅｏｍａｃ．ｉｉｏｆＫｅｒｓｓｌｏｗｐｅｓｒｅｓｒｉｌｎ — ｉｐｒｇｓｒｃｕｅＳｆｒｙｗｏｄ：ｉｃｎｌｒｓｕｅｓｎｏ；ａｄｄａｈａｍｔｔｒ；ＯｌＷａｅｉｏｓｕ
ＡｂｔａｔＣｏｓｄｒｇｔｅｐｏｕｔｎｐｏｅｓｐｏｌｍｒｉｃｎｌｗｐｅｓｒｅｓｒ，Ｐｒｓｕｅｓｎｉｇｃｉｉｈｓｓｒｃ：ｎｉｅｎｒｄｃｉｒｃｓｒｂｅｆｌｏｒｓｕｅｓｎｏｓ１ｋａｐｅｓｒｅｓｎｈｐｗｔｔｅｉｉｈｏｏｓｉｏｈ —
０引言
近年来，工业自控、环保设备和医义器等方面均对微小压力的
测量提出了迫切要求，如在高速铁路运行系统中，需要检测列车高速
通过时对一定距离外物体的脉动风压，量程小到１ｋａ以下；Ｐ又如可以直接测量血管中的压力流量的医用传感器。高灵敏度、低非线性硅微压传感器是压力传感器研究的热点之一。微压传感器制造的工艺髓，工艺水平低一直是限制硅微压传感器性能水平的主要
因素。文中以ＳＩＯ晶圆材料为基础，设计制作硅微压敏感芯片，着重解决了膜区厚度的精确控制和凸角补偿等工程技术问题。１硅微压传感器芯片设计

硅压力传感器原理

硅压力传感器原理
硅压力传感器利用硅材料的特性将外部施加的压力转换为电信号。

其工作原理主要有四个步骤：
1. 微机电系统（MEMS）加工：在硅衬底上使用光刻和腐蚀等工艺制作出微型结构，其中包括一个薄膜片和一系列微小孔洞。

2. 变形：当外部施加压力到达传感器薄膜片上时，薄膜发生弯曲变形。

变形的幅度与施加的压力成正比。

3. 电极检测：两个电极被放置在薄膜片的两侧。

当薄膜发生变形时，电极之间的距离改变，导致电阻值的变化。

4. 电信号转换：测量电路读取电极之间的电阻值变化，并将其转换为与施加的压力成比例的电信号。

这个信号可以经过放大或数字化处理，并用于控制或显示设备上。

硅压力传感器具有高灵敏度、宽压力范围、快速响应、较高的精度和可靠性等优点。

它们广泛应用于工业自动化、汽车工程、医疗设备、航空航天等领域中，用于测量液体或气体的压力。

压力传感器研究现状及发展趋势

压力传感器研究现状及发展趋势传感器技术是现代测量和自动化系统的重要技术之一,从宇宙开发到海底探秘,从生产的过程控制到现代文明生活,几乎每一项技术都离不开传感器,因此,许多国家对传感器技术的发展十分重视,如日本把传感器技术列为六大核心技术(计算机、通信、激光、半导体、超导体和传感器) 之一。

在各类传感器中压力传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、便于集成化的优点,可广泛用于压力、高度、加速度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制。

除此以外,还广泛应用于水利、地质、气象、化工、医疗卫生等方面。

由于该技术是平面工艺与立体加工相结合,又便于集成化,所以可用来制成血压计、风速计、水速计、压力表、电子称以及自动报警装置等。

压力传感器已成为各类传感器中技术最成熟、性能最稳定、性价比最高的一类传感器。

因此对于从事现代测量与自动控制专业的技术人员必须了解和熟识国内外压力传感器的研究现状和发展趋势。

1 压力传感器的发展历程现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志,而半导体传感器的发展可以分为四个阶段[1 ] :(1) 发明阶段(1945 - 1960 年) :这个阶段主要是以1947 年双极性晶体管的发明为标志。

此后,半导体材料的这一特性得到较广泛应用。

史密斯(C.S. Smith) 与1945 发现了硅与锗的压阻效应[2 ] ,即当有外力作用于半导体材料时,其电阻将明显发生变化。

依据此原理制成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上,即将力信号转化为电信号进行测量。

此阶段最小尺寸大约为1cm。

(2) 技术发展阶段(1960 - 1970 年) :随着硅扩散技术的发展,技术人员在硅的(001) 或(110) 晶面选择合适的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上,然后在背面加工成凹形,形成较薄的硅弹性膜片,称为硅杯[3 ] 。

这种形式的硅杯传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定性好、成本低、便于集成化的优点,实现了金属- 硅共晶体,为商业化发展提供了可能。

硅微微压传感器的设计

ＣＨＥＹｕＹＡＮ，ＮＧｉｈｎＤＩＧｉｎｎｎ ‘ Ｊ— ａｇ，ＮＪａ —ｉｇ＇ｃ
（．ｅｔｅｏｃｏＮｎｃｎｅａｄＴｃｎｌｙＪａｇｕＵｎｖｒｉＺｅｊｎ１０３ｈｎ；１ＣｎｒｆＭｉｒ／ａｏＳｉｃｎｅｈｏｏ，ｉｓｉｅｓｙ，ｈｎｉｇ２２１，Ｃｉａｅｇｎｔａ２ｉｇｕＰｌｔｃｎｃＵｖｒｉ，ｈｎｚｏ１１，ｈｎ）．ＪａｓｏｅｈｉｎｅｔＣａｇｈｕ２３６Ｃｉａｎｙｉｓｙ４
ｄｔｃｉｇｃｐｃｔｒｗｈｃｅｒａｅｈｅｉｍｅｔｏｌｗｄｍｅｓｒｇｃｒｕｔｅｅｔａａｉｉｈｄｃｅｓｓｔｅｒｑｒｎｏｕｅｎｓｆｆｌｅａｕｉｉｃｉｏｏｎ．
Ｋｅｒｓｙｗｏｄ：ｍｉｒ－ｃｉｅｏ・ｒｓｕｅｓｎｏ；ｄａｈａｍ；Ｆｃｏｍａｈｎｄｌｗ－ｅｓｒｅｓｒｉｐｒｇ－ｐＥＭ
Ａｂｔａｔａａｉｖｃｏｍａｈｎｄｐｅｓｒｅｓｒｗｉｈｈｓａｓｒｓｏｄａｔｇｓｕｈａｉｈｓｎｉｖｔ，ｇｏｔｂｌｓｒｃ：Ｃｐｃｔｅｍｉｒ・ｃｉｅｒｓｕｅｓｎｏｈｃａｅｉｆｖｎａｅ，ｓｃｓｇｅｓｔｉｉｅａｈｉｙｏｄｓｉ— ａｉ
ｔ，ｍｏｅａｅｍａｈｎｎｏｌｘｔｓｓｉｂｅｆｒｓｇａｒｎｉｏｆｍｉｒ－ｃｉｅｏｐｅｓｒａｓｕｅ．Ｓａｉｅｏｍａｃｙｄｒｔｃｉｉｇｃｍｐｅｉｉｕｔｌｏｉｎｌａｓｔｎｏｃｏｍａｈｎｄｌｗ— ｒｓｕｅ￣ｙａｔｉｎｄｃｒｔｔｐｒｒｎｅｃｆ术与传感器

一种集成三轴加速度、压力、温度的硅微传感器

一
种集成三轴加速度力、度的硅微传感器木、压温
徐敬波，玉龙，蒋庄德，孙赵
（机械制造系统工程国家重点实验室
剑
西安７０４）１０９
西安交通大学精密工程研究所
摘
要：针对恶劣环境和严格空间体积限制条件下的多参数测量问题，用绝缘体上硅（Ｏ）利Ｓ１材料，用微型机械电子系统采
Ｍｏｏｉｈｃｓｌｃｎｍｕｌｉｓｎｏｏｈｒｅ．ｘｓａｃｌｒｍｅｅｎｌｉｉｏｔｉｔ．ｅｓｒｆｒｔｅ．ｉｃｅｅｏｔｒ．ａ
ｐｅｓｒｎｄｔｍｐｅａｕｒｒｓｕｅａｅｒｔｅ
ｓｕａｅｙＦＭ（ｉｉ－ｌｍｎｍｅｏ）ｈｉｌｉｓｌｒｈｕｔｓｎｏｒｔｉｄｔｄｔｒｉｅｉｌｔｂＥｍｄｆｔｅｅｔｔｄ．Ｔｅｓａｏｒｕｓｆｅｍｌ－ｅｓｒｅｕｉｚｅｍｎｔｎｅｅｈｍｕｔｎｅｔｏｔｉａｌｅｏｅｅｈ
ｍｅｓｒｍｅｅｕｔｆｔｅｍｕｔ．ｅｓｒａｅｓｏａｕｅｎｔｒｓｌｏｈｌｉｓｎｏｒｈｗｎ．ｓＫｅｒｙｗｏｄｓ：ｍｏｏｉｈｃｍｕｔ－ｅｓｒ；Ｓ；ＭＥＭＳｎｌｔｉｌｉｓｎｏＯＩ
ＸｕＪｎｂｉｇｏ，Ｚａｌｎ，Ｊａｕｉｎ
（ｔｔＫｙＬｂｆＭｅｈｎａｎｆｃｒｇＳｓｍ，ｎｔｕｅＰｅｉｏｎｉｅｎＳａｅｅａｏｃａｉｌｃＭａｕａｔｉｙｔＩｓｔｔｏｒｓｎＥｇｎｒｇ，ｕｎｅｉｆｃｉｅｉＸｎＪａｔｇＵｉｒｔ，ｉ７０４，Ｃｉ）ｉｉｏｏｎｖｓｙＸ／０９ｈｎａｎｅｉ肌ａ

纳米硅薄膜超微压力传感器设计与性能研究

式中
为泊松比，（）式１右边前部分为纯几何效应引起的
阻值变化，后部分为物理效应引起的阻值变化，在半导体中
物理效应是主要的，为压阻效应。称
对于Ｐ型ｓ薄膜电阻，ｉ当膜面电阻条沿主晶轴时，则
１
△／＝ｒ＋１＝仃（ｒ一Ｐ｜７１仃２ ÷ “ ｏ），ｐｌｌｌ
ＳＮＳ —ｕＨＥｉｇｏ，ＤＩｉｎｎｎＮＧＪａ —ｉｇ一，ＰｉｉＩｈ—ｏｇ，ＣＡＮＨａ— ｎ，ＬＮＧＺｉｎＨＥａｇｇｉｂｙＮＧＧｕｎ —ｕ，ＦｈｎＡＮＺｅ
（．ｃｏＮａｏＳｉｃ１Ｍｉｒ／ｎｃｎｅ＆ＴｃｎｌｇｅｔｒＪａｇｕＵｎｖｒｉ，ｈｎｉｎ１０３ＣｉａｅｅｈｏｏｙＣｎｅ，ｉｎｓｉｅｓｙＺｅｊｇ２２１，ｈｎ；ｔａ
ｎｌｓｓｈｒｎｃｅｐｎｅａａｓｓｎａｉｔａａｙｉａａｙｉ，ａｍｏｉｒｓｏｓｎｙｉａｄｔｓｎｎｌｓｓｗｅｅｃｒｉｄｏｔｂａｓｏＳＳ，ｈｅｕｔｓｏｌｒｎｅｒａｒｕｙｍｅｆＡＮＹｔｅｒｓｌｈｗｅｎｓｔａｈｓｓｒｃｕｅｈｓａｖｎａｅｆｉｈｓｎｉｖｔ，ｏｄｔｅｒｙｆｓｄｎｍｉｅｐｎｅａｄＳｎｈｔｉｔｕｔｒａｄａｔｇｓｏｇｅｓｉｉｇｏｉａｉ，ａｔｙａｃｒｓｏｓＯｏ．ｔｈｔｙｎｔｎＫｅｒｓｎｎ —ｉｃｎｔｉｌ；ｕｒｍｉｉｔｒｄｐｅｓｒｅｓｒｔｕｔｒｙｗｏｄ：ａｏｓｉｏｈｎｆｍｌｉｈａｎａｕｅｒｓｕｅｓｎｏ；ｓｒｃｕｅ；ｐｏｅｔｓｒｐｒｅｉ

硅微机械谐振压力传感器技术的发展

硅微机械谐振压力传感器技术的发展作者：叶俊来源：《电子技术与软件工程》2017年第06期现阶段，硅微机械谐振压力传感器应该是稳定性最好及精确度最高的传感器，在航空航天及工业等领域内广泛应用。

按照硅微机械谐振压力传感器目前研究成果，对硅微机械谐振压力传感器工作原理进行阐述，分析不同类别硅微机械谐振压力传感器芯体结构，对硅微机械谐振压力传感器未来发展方向进行分析，希望能够增加对硅微机械谐振压力传感器技术的了解。

【关键词】微机械谐振压力传感器谐振器激励检测硅微机械谐振压力传感器是现阶段航空航天领域及这工业控制领域等主要应用的压力传感器，主要对物体压力间接性检测，得出精确检测数据，特别适合远距离传输应用，信息采集与处理更加便捷。

硅微机械谐振压力传感器在运行过程中处于机械谐振状态，所以抗干扰性能较高，精确度较高。

与此同时，与传统压力传感器相比较，设备体积更小、冲击力吸收效果更好等优势。

1 硅微机械谐振压力传感器工作原理按照硅微机械谐振压力传感器芯体结构的差异，可以将硅微机械谐振压力传感器分别两种，分别为谐振器复合结构与谐振器复合结构。

就谐振器复合结构来说，谐振器主要安装在压力敏感膜片表面，同时需要对压力环境进行密封处理。

压力在发生变化之后，压力敏感膜片就会产生变化，谐振器刚度就会发生变化，压力测量上主要利用谐振器频率变化；就谐振器复合结构来说，压力在发生变化情况下，振动膜形状的改变之后，对固有频率变化进行了解之后，能够起到对压力检测的目的。

在对硅微机械谐振压力传感器分析研究过程中，都是在上世纪80年代开始研究，振动膜结构与谐振器结构在制作上十分简单，由于受到同振质量的影响，振动膜结构在压力检测过程中，需要受到自身结构稳定性影响。

伴随着MEMS技术逐渐完善，硅微机械谐振压力传感器已经成为压力传感器研究的主要内容，同时发达国家在对硅微机械谐振压力传感器研究上已经取得了十分显著成果，同时广泛应用。

2 压力敏感膜片与谐振器复合结构2.1 静电激烈与电容检测方式英国研究人员在对硅微机械谐振压力传感器研究过程中，在上世纪80年代就已经研究出了第一台硅微机械谐振压力传感器原型，同时压力敏感薄片在制作上已经应用浓硼进行雕刻，通过静电激烈与电容检测方式。

半导体材料在压力传感器中的应用研究

半导体材料在压力传感器中的应用研究导言：近年来，随着科技的飞速发展和工业自动化的进一步推广，压力传感器作为一种重要的工业检测设备，在各个行业中起着举足轻重的作用。

半导体材料作为一种关键的技术基础，其在压力传感器中的应用研究成为了当前研究的热点之一。

本文将对半导体材料在压力传感器中的应用研究进行探讨，并对其特性和未来发展进行展望。

一、压力传感器的基本原理压力传感器是一种用来测量物体受到的压力并将其转换为电信号的装置。

其基本原理是通过测量受力物体的应变，进而转化为电信号输出。

而半导体材料由于其特殊的电学性质和机械特性，使其成为理想的压力传感器材料。

二、半导体材料在压力传感器中的应用1. 压阻式传感器压阻式传感器是压力传感器的一种常用形式，其基本原理是通过压缩感应材料的电阻变化来测量压力。

半导体材料在压阻式传感器中的应用广泛，其中最常用的材料是硅和硅化物。

硅片作为半导体材料，具有优异的机械性能和电学性能，因此被广泛应用于压阻式传感器中。

通过在硅片表面加工微小的压力感应结构，当外界施加压力时，结构发生微小变形，进而导致硅片电阻的变化，从而实现对压力的测量。

2. 压电式传感器压电式传感器是另一种常见的压力传感器形式，其基本原理是利用压电效应将机械能转化为电能。

半导体材料在压电式传感器中的应用也愈发重要，其中压电薄膜材料是最常用的选择。

压电薄膜材料由于其优异的机械振动特性和电学响应特性，使得它成为压电式传感器的理想材料之一。

通过在半导体材料上包覆薄膜压电材料，当外界施加压力时，压电材料会产生电荷，从而实现对压力的测量。

三、半导体材料应用的特性分析1. 高灵敏度半导体材料由于其电学性能的特殊性，使其在压力传感器中具有高灵敏度。

微小的压力变化可以引起半导体材料电学特性的相应变化，因此，半导体材料能够准确地测量微小的压力变化，满足高精度的压力测量需求。

2. 宽工作范围半导体材料在压力传感器中具有宽工作范围的特点。

总目次(2005年25卷1期～12期总167期～178期)

基于时分复用的无线传感器网络ＭＡＣ协议研究
… … … … … … … … …
陈晓明李景明
兰义吕呈祥
李岳霖
吕俊霞
（２—１１）
（２— ）１５
多层片式压敏电阻器的应用 ’
… … … … … … … … …
微机电系统的封装技术
… … … … … … … … …
氢传感器的研究进展
… … … … … … … … …
刘钦朋
乔学光贾振安等（５４— ）
李艳霞等（８４— ）
景志刚等（５一１）
唐一科
王艳丽
… … … …
刁显珍侯长军等（１９１— ）
庞伟正
胡雪梅
电子鼻在食品Ｊ中的应用研究进展二
… … … … … … … … …
… … … … … … … … Leabharlann … … … … … … … … …
郭
孙
… … …
钊
健
…
张金芳
甘朝钦
戚芳
左伯莉等（ — ２１２）
… … … … … … … … …
医用电子鼻传感器系统的发展
… … … … … … … … …
半导体气体传感器敏感机理的研究进展代才莉
… … … … … … … … …
徐甲强
韩建军
孙雨安等（ｌ）１一５
光纤Ｂａｇ光栅增敏技术研究进展ｒｇ
… … … … … … … … …
似ｅ、／＼，＼，，！；！．！．．．１、、，＼，－．．．占＼，＼／＼＼疗．二．二．．＼＼－．／＼ｉ！

微加速度传感器研究现状及发展趋势

微加速度传感器的研究现状及发展趋势摘要：介绍了为加速度传感器的研究现状、基本原理及其分类和发展趋势。

重点论述了为加速度传感器的特点和它在民用领域和军用领域的不同应用，并对微加速度传感器领域内一些新的进展进行了讨论，指出了微加速度传感器的发展趋势。

0 前言20 世纪40 年代初，德国人研制了世界上第一只摆式陀螺加速度计。

此后的半个多世纪以来，由于航空、航海和航天领域对惯性测量元件的需求，各种新型加速度计应运而生，其性能和精度也有了很大的完善和提高。

加速度计面世后一直作为最重要的惯性仪表之一，用在惯性导航和惯性制导系统中，与海陆空天运载体的自动驾驶及高技术武器的高精度制导联系在一起受到重视。

这时候的加速度计整个都很昂贵，使其他领域对它很少问津。

这种状况直到微机械加速度计(Micro Mechanical Accelerometer，MMA)的问世才发生了改变。

随着微机电系统技术的发展，微加速度计制作技术越来越成熟，国内外都将微加速度计开发作为微机电系统产品化的优先项目。

微加速度计与通常的加速度计相比，具有很多优点：体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性好等。

它可以广泛地运用于航空航天、汽车工业、工业自动化及机器人等领域，具有广阔的应用前景。

当前国内在加速度技术上仍沿用传统的压电技术，精度停留在5×10-5g水平上，而且尺寸偏大，重量偏重，影响我国惯导技术的先进性。

近年来国内虽然有多个单位MEMS微加速度计进行了研究，但在精度上仍未取得突破，大体上只能达到10-1g的水平。

1 微加速度传感器概述及发展现状1.1 微加速度传感器的工作原理MEMS 加速度传感器是以集成电路工艺和微机械加工工艺为基础，在单晶硅片上制造出来的微机电系统，包括微机械加速度计、微机械陀螺仪和微惯性测量组合(MIMU)。

微加速度传感器的工作原理是经典力学中的牛顿定律，其功能是测量运动物体(如车辆、飞机、导弹、舰艇、人造卫星等)的质心运动和姿态运动，进而可以对运动物体实现控制和导航。

MEMS传感器的发展简述

MEMS传感器的发展简述北京航空航天大学仪器光电学院汤章阳1.MEMS工艺发展自从1954年Smith在贝尔实验室发现硅压阻效应并发表在Physical Review以来[1]，基于硅材料的微机械加工工艺和微机电系统（MEMS）引起了科研人员的广泛注意，并得到了迅速发展。

MEMS传感器首先在物理量测量中获得成功，代表为微机械压力传感器。

目前，以膜片为压力敏感元件的硅微机械压力传感器已经占据了压力传感器市场的很大份额，具有体积小、重量轻和批量化生产的特点，可很好地满足NASA提出的“更快、更远、更便宜”的要求[2]。

用于控制诸如机械能、流体能、化学能、磁场能等能量流的微执行器也随后被开发出来，并用于飞机三角翼处流体控制[3]。

随着硅材料提纯工艺和硅微机械加工工艺的进步，MEMS技术进一步在加速度、角速度、温度等其他物理量测量得到了迅速的推广。

硅微加速度计、硅微机械陀螺等新产品如雨后春笋般涌现出来[4]，从而使得MEMS产品广泛应用于工业生产、日常生活以及国防等各领域。

近年来，基于微悬臂梁的原子力显微镜、气体成分敏感探头、分子和细胞微型探测器等高精尖科学仪器突破了传统仪器的显微极限，成为MEMS器件在化学、生物、医学领域大显身手的最佳证据[5]。

国外在MEMS技术方面处于领先地位的国家主要有美国、德国、日本、英国等，我国于上世纪80年代开始追踪国际前沿动态，目前国内研究MEMS的单位主要有中科院电子所、中科院上海微系统与信息技术研究所、清华大学、北京大学、上海复旦大学、西安交通大学、东南大学、北京航空航天大学等[6-9]。

2.MEMS典型传感器1)硅压阻式传感器最早的硅压阻压力传感器设计见于美国Motorola公司1973年的专利申请[10]。

该设计采用多晶硅和氮化硅的多层结构制作感压膜片，并沉积多晶硅电阻形成检测输出的惠斯通全桥。

图1示出了文献10的结构示意图。

图1多晶硅压力传感器结构示意图图2Honeywell公司PPT-R传感器目前，美国Honeywell公司生产的PPT/PPT-R系列高精度压力传感器基于先进的硅压阻技术，压力信号由单片机补偿和用户控制修改，然后在RS232总线上进行数字传输，在全温度范围内具有优异的重复性和稳定性，在-40～＋85℃温度范围内能达到±0.05%FS，并采用防止大多数液体渗漏的金属隔离膜进行封装，广泛应用于航空电子设备，引擎和飞行测试，流量和压力测量中应用。

一种硅微多传感器集成研究

ｄｍａｄｆ１ｔｅｖｌｍｅａｄｍｕａａｔｒ．ＴｈｎｅｆｒｎｅｂｔｅｅｓｒａｈｏｈｒｉｌｉａｅｅｎｓｏｉｌｏｕｎｈｉｐｒｍｅｅｓｔｅｉｔｒｅｅｃｅｗｅｎｓｎｏｓｅｃｔｅＳｅｉｎｔｄｍ
ＴｈｓａｃｆａＭｉｒ－ｉｉｏｎｅｒｔｄＭｕｔ— ｅｓｒｅＲｅｅｒｈｏｃｏＳｌｃｎＩｔｇａｅｌｉＳｎｏ
ＺＨＡＯ－ｏｇ，ＸＵＪｎ —ｏ，ＪＩＹｕｌｎｉｇｂＡＮＧｈａｇｄｅＺｕｎ — ，ＳＵＮａＪｉｎ
×６ｍｍＸ０９ｉＩ。给出了集成传感器词：集成；多传感器；微硅；干扰
中图分类号：２２Ｔ４２Ｔ１；Ｎ０
文献标识码：Ａ
文章编号：０４１９（０８０－４４０１０－６９２０）３００－４
在航空航天、事、车、军汽环境监测等领域中，由于环境适应性、积、本和功能等的严格限制，体成要求传感器具有微型化、集成化、多功能的特点。随着ＭＥＭＳ技术、导体技术和集成电路技术的发半展，为传感器实现集成化，型化提供了有力的技术微
ＥＥＡＣＣ：２０；５７７３２５
一
种硅微多传感器集成研究
＊
赵玉龙，徐敬波，蒋庄德，孙剑
（西安交通大学精密工程研究所，西安７０４）１０９

美国SMI公司

美国SMI公司的硅微结构压力传感器件和传感器晶圆；产品广泛应用于汽车制造、医疗设备和工业生产：如胎压检测、引擎控制、呼吸机、麻醉机、监护仪、氧气瓶、风速计、血压计、空调系统等相关产品。

美国SMI微压传感器的技术原理美国Silicon Microstructures INC.开发了一系列价位低、线性度在0.3%到0.05%范围内的硅微结构压阻式传感器，满量程为0.15psi(1KPa)、0.3psi(2KPa)、0.8psi(5KPa)、1.5psi(10KPa)、3 psi(20KPa)、最低满量程为0.15psi(1KPa)，被列为超低压力测量范围。

美国SMI廉价的压阻式、超低压传感器成功的关键是它的创新的物理刻蚀设计。

一般来说,硅微压力传感器芯片采用扁平膜来测量压力。

SMI传感器芯片采用三维膜片结构,用硅刻蚀工艺将产生的应力(压力)集中在传感电阻处。

这样在保持总体精度和线性度的同时仍有很高的灵敏度。

80%的应力传递到膜片中的梁式区域,而膜片丢失的应力只有20%。

除了压阻器所处的四周外，膜片的所有部分都减薄，从而得到膜片的浮凸结构。

由于传感器看起来象机械力放大器，因而便于把膜片运动的应力集中在压阻器上，增加的应力极大地提高了信号输出，膜片上的浮凸用做终止层。

四周的薄膜有效地将器件密封起来。

因此压力不会前后移动。

此外，在器件的结构内，离子注入电阻形成压阻式惠斯登电桥，凹坑减少了器件的总震动质量。

产品技术原理压阻式：压阻式传感器是采用集成电路制造技术在半导体基片上直接生成扩散电阻并组成电桥，半导体材料通常为硅材料，所以压阻式传感器又常称为扩散硅压力传感器。

由于采用了集成电路生产技术，这类传感器非常适合大批量生产，成本也很低，压阻式传感器面临的主要问题是受温度影响较大。

------SMI54系列微压传感器Silicon Microstructures, Inc. (SMI) 专业生产各种微结构压力传感器，产品广泛用于汽车制造、医疗设备和工业生产。

硅基PZT压电薄膜微传感器的结构设计和实验研究

２硅基ＰＴ压电薄膜微传感器的结Ｚ构设计与制作工艺
２１ＰＴ压电薄膜微传感器结构设计．Ｚ
在对ＰＴ压电薄膜的压电性能研究的基础上，Ｚ
作过程中，电薄膜的制备和微图形化技术是非常压重要的一环．目前ＰＴ薄膜及其电极的图形化主要Ｚ有干法刻蚀和湿法腐蚀两种，然湿化学刻蚀法简虽
器很少，已成为限制芯片系统发展的瓶颈．电原理压是实现微传感器的另一种新途径．过压电效应，通力、加速度等待感知量可以直接在压电薄膜上输出电压，而逆压电效应使微传感器可以通过施加外电压驱动微结构位移，而同时具备执行器功能．从同时压电薄膜材料制备技术的进展为微传感器提供了新的材料和新的可能性．料表明［，资１利用压电薄膜材］料制成的微传感器／行器较现有的硅基材料微传执感器／执行器具有无可比拟的优势，是微传感器研究的新领域．锆钛酸铅（Ｚ材料是一种性能优良的铁电材ＰＴ）料，有较好的铁电、电、具压热释电、光性能，广声被泛应用于非挥发性铁电存储器［、传感器［］微２微］３、 “ 执行器ｒ、压电超声成像换能器ｒ等领域．年５微］６近来，随着微电机械系统（ＭＳ工艺的发展，ＺＴＭＥ）Ｐ薄膜被越来越多地应用在微传感器和微执行器中，压电膜与硅微机械加工技术结合可以制作压电ＭＥＭＳ器件．在硅基ＰＴ压电薄膜微传感器的制Ｚ

硅微超微压传感器设计

维普资讯
第１０期
２００７年ｌ月０
文章编号：０１３９（０７）０－０３０１０ — ９７２０１－９ — ３０
机械设计与制造
ＭａｈｎｒＤｅｉｎｃｉｅｙｓｇ＆Ｍａｕａｔｒｎｆｃｕｅ一９３一
ｔｔｅｓｕｔｒＷｅｅｍｎｄｏｒｌｎｒｔｃｕｅｏｉｃｎｕｔ－ｏｒｓｕｅｓｎｏ，ｗｏｅｉｖｔｃｕｅａｄｔｒｉｒｔｐｅｉａｙｓｕｔｒｆｓｉｏｌａｌｐｅｓｒｅｓｒｈｓｉｒｓｅｆｈｅｍｉｒｌｒｗ
ｉｌｓａｕｕｉｌＯａＡｍｎｉｕｉｓｎｍｎｆｔｅｏｔ－ａａｄｕｒ－ｉｌｃｌｏｔｔＯＰ．ｉｉｏｔｄｆｌｅｏｄｉ：ａｕｕｕｒｆｔｎｌａｔｎｅｐｓｇ２ｈｆｔｓｆｅｇｅｗｃａｒｆｌａｌｔｈ
关键词：硅微超微压传感器；双差动结构；结构与工艺设计
．
【ｂｔｃ】ＢｓｄｏｅａａｓｄａｔｅａｄｄａｖｎｇｓｐｅｏｓｔｅｃｐｃｉｎＡｓａｔａｎｔｎｌｉｏｖｎａｓｎｉａｔｅｏｉｒｉｉ，ａａｉｖａｄｒｅｈｙｓｆａｇｓｄａｆｚｅｓｖｔｅ
（ＳｈｏｏｃａｉａＥｇｎｅｉｇｊｎｓｎｖｒｔｈｎｉｇＺｅｊｎ１０３ＣｉａｃｏｌＭｅｈｎｃｎｉｅｒ，ｉｇｕｕｉｓｙＺｅｊｎ，ｈｎｉｇ２２１，ｈｎ）ｆｌｎａｅｉａａ
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硅微超微压传感器设计