微压力传感器

微压传感器是工业实践中最为常用的一种压力传感器，它的工作原理是压力直接作用在传感器的膜片上，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻发生变化，用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这个压力的标准信号。

微传感器主要有以下几点特点：(l)尺寸和体积微小。

敏感元件的尺寸是微米级、亚微米级乃至纳米量级。

体积只有传统传感器的几十分之一甚至是几百分之一，重量从千克下降到几十克乃至几克，使得制作工艺简单。

(2)微传感器和传统传感器有相似的地方，但也有其特别之处，其理论基础、结构和工艺、设计方法等都有许多自身特有的现象和规律。

(3)微传感器是微机械和微电子集合一体的功能器件，响应快、功耗低。

(4)先进的微传感器是将多种功能例如数字接口、自校、自检、数字补偿和总线等功能的兼容。

微传感器总体尺寸小，表明了对被测参数的干扰减小，测量精度提高，适合于流动场中的分布参数的测量。

并且由于尺寸小、质量轻，可以节省空间、原材料和能源。

微压力传感器的应用：(l)在医疗、生物领域的应用用微纳米技术制成的传感器诊断、监测和治疗各种早期疾病，使得病人可以提前进行治疗。

(2)在微电子及信息技术领域的应用(3)在国防科技上的应用美国己经研制出了一种带有纳米传感器的纳米军装，空气中生化指标的变化可以由此纳米传感器感应到并产生保护功能。

如果遇到有毒有害物质指标升高，为了起到预防保护作用，军装会马上关闭头盔和含有通气部分的透气孔，同时释放解毒剂。

(4)在汽车行业的应用微传感器已经取代了多种传统传感器，如气囊加速度计、多路绝对压力传感器。

并且它还应用在冷却系统压力、轮速测量和刹车压力测量等方面。

国内外科学界和产业界都将传感器视为信息技术领域的重要器件。

传感器对生产生活中所包含的各种信息进行检测，再将这些信息进行的加工处理，才能做出正确的判断、控制及显示。

现今对微传感器的开发远大于其它器件，在微机械技术中占有很大比重。

1962年，世界上第一个微压力传感器问世，从此研究微传感器技术的人越来越多，按照其原理可以分为压阻式、电容式、谐振式三种形式，我国对MEMS技术的研究领域主要有基础理论、测试、微加工工艺、封装等，我国还对微压力传感器、微流体传感器和微惯性传感器进行了重点研究，我国的微机械加工技术与世界先进水平相比较，还存在着较大的差距，可以说在此方面的研究还处于初级阶段。

我国应该学习国外先进的、成熟的工艺和制造技术。

我国研制的微传感器主要应用在以下几方面：在军事上，单元器件和微惯性测量组合单元的应用；神州系列飞船测控系统应用的大量微传感器；应用于民用产品的多种传感元件;以及开始应用于临床的血液生化检测系统、生物芯片、智能内窥镜和智能药丸等。

国外已研制成的产品主要有:阀门、弹簧、齿轮、散热器、马达和各种类型的传感器等MEMs微机械结构器件，取得很大进展。

其中已经市场化和有一定竞争力的产品是:微压力传感器、微加速度计和微阀门。

半导体技术的研究和开发是一个高利润的科学领域,。

传感器技术作为半导体技术的一个重要分支, 自然也得到世人的关注。

传感器为什么会得到高速发展，原因有以下几点：其一是现代科学技术迅猛发展的需要；其二, 是传感器市场在世界经济市场中占有重要地位。

由于压力传感器具有广泛的应用前景, 因而压力传感器的竞争也十分激烈。

世界传感器技术的发展趋势，国外发展传感器技术主要有两条不同的途径, 一是以美国为代表的先军工后民用, 先提高后普及的高精尖路子。

这种途径的主要特点是: 能在较长的时间里保持传感器技术研究的世界领先地位, 保持军事科技的领先水平。

但资金投入巨大, 经济效益回收比较慢, 是不发达国家和发展中国家不可采用的方法。

二是以日本为代表的先普及后提高, 由仿制到自行设计和创新的路子。

这一途径的主要特点是: 能把有效的资金投入到跟踪国际先进技术上, 少走弯路。

并且能在较短的时间里形成大规模生产, 迅速占领市场, 较快地收到经济效益。

正是这样, 日本的传感器技术发展很快, 迅速进入世界前列。

这是众多国家应采取的有效途径。

我们国家也需要走日本的道路。

目前传感器发展主要归为以下五个方面:小型化、重量轻、体积小, 分辨率高,便于安装在很小的地方;对周围器件影响小,也利于微型仪器、仪表的配套使用。

集成化可以利用现有的生产工艺和成熟的集成技术, 把电路与传感器制作在一起。

减少工艺流程以降低成本。

智能化由于集成化的出现, 在集成电路部分制作一些微处理机, 使其具有“记忆”、“思维”、“处理”等能力。

目前智能化产品发展很快,它将成为未来传感器市场的主流。

系列化单一化产品在市场上没有大的竞争力和长的生命力。

市场风云突变, 一旦失去市场, 发展则停滞不前, 经济效益差, 资金浪费大, 产品成本高。

标准化传感器技术已形成标准化。

如IEC、ISO 国际标准; 美国ANSIC、ANSC、MILT 和AST ME 标准; 日本JIS 标准; 法国DIN 标准; 原苏联TOCT 及YT O 标准。

1)发现和利用新效应：发现新现象与新效应是发展高温压力传感器的重要工作，是研制新型高温压力传感器的重要基础。

开发新材料：除单晶硅、多晶硅、石英半导体以外，碳化硅、蓝宝石、金刚石等材料的应用使高温压力传感器呈现多元化。

开发新型耐高温材料用于高温压力传感器也将是今后发展的重点。

3)加工工艺多样化：除目前较为成熟的集成电路加工工艺外，氧离子注入隔离、多孔硅氧化全隔离、硅一硅直接键合技术等新的制备工艺的研制和各制备方法的相互渗透与结合成为制备技术发展的两大趋势。

4)集成化和多功能化：固态功能材料一半导体、电介质、强磁体的进一步开发和集成技术的不断发展，为高温压力传感器集成化和多功能化开辟了广阔的前景。

5)智能化：智能高温压力传感器是测量技术、半导体技术、计算技术、信息处理技术、微电子学和材料科学互相结合的综合密集型技术。

与一般传感器相比具有自补偿能力、自校准功能、自诊断功能、数值处理功能、双向通信功能、信息存储、记忆和数字量输出功能。

它将利用人工神经网、人工智能和信息处理技术(如传感器信息融合技术、模糊理论等)，使传感器具有更高级的智能，具有分析、判断、自适应、自学习的功能，可以完成图像识别、特征检测、多维检测等复杂任务。

6)6)网络化：网络化是传感器领域发展的一项新兴技术，网络化是利用TCP／IP协议，使现场测控数据就近登临网络，并与网络上有通信能力的节点直接进行通信，实现数据的实时发布和共享。

由于高温压力传感器的自动化、智能化水平的提高，多台传感器联网已推广应用，虚拟仪器、三维多媒体等新技术开始实用化，因此，通过Intemet网，传感器与用户之间可异地交换信息和浏览，厂商能直接与异地用户交流，能及时完成如传感器故障诊断、指导用户维修或交换新仪器改进的数据、软件升级等工作，传感器操作过程更加简化，功能更换和扩张更加方便。

网络化的目标是采用标准的网络协议，同时采用模块化结构将传感器和网络技术有机地结合起来。

7)研究方法多样化：从历次MEMS国际会议论文发表看，高温压力传感器研究方法日益多样化。

国内外学者尝试采用不同的半导体材料研制不同结构的耐高温压力传感器，除研究最多也相对成熟的压阻、电容、压电等测量方式外，微光机电压力传感器的研究正受到高度重视，将是下一步的研究热点。

利用MEMS和微光学技术，压力传感器将由一维测量发展到三维测量，出现基于机器视觉的固体成像压力传感器阵列。

南京航空航天大学黄金泉等提出一种基于单针短探针型离子电流机理的高温压力传感器，用于航空航天系统脉冲爆震发动机高温压力的测量。

世界压力传感器市场的竞争十分剧烈, 促使各传感器生产厂家在提高传感器性能上下功夫。

半导体压力传感器生产中普遍采用了CAD、CAM、CAT 技术, 微机械技术和成熟的集成化技术, 使得压力传感器的性能达到了较高的水平。

潜在功能比较大,既可以代替人类五官感觉的功能,也能检测人类五官不能感觉的信息。

应用范围广泛, 适用面广。

压力传感器技术已经发展到比较高的水平, 并且更新换代的速度十分惊人。

而我国在传感器研究和产品开发方面与世界先进水平相比有较大差距。

目前我国正在处于经济腾飞的年代, 对传感器的需求量越来越大, 因而,需要更多的人投入到传感器的研究中去, 尽最大的努力赶超世界先进水平。

下面对耐高温微压力传感器做一定的介绍，高温压力传感器以其优良的高温工作能力在压力传感器中一直受到高度重视，是传感器研究的重要领域之一，高温压力传感器是指在高于125℃环境下能正常工作的压力传感器。

其在石油、化工、冶金、汽车、航空航天、工业过程控制、兵器工业甚至食品工业中都有着广阔的应用前景，例如：高温油井内的压力测量、各种发动机腔体内的压力测量、宇宙飞船和航天飞行器的姿态控制、高速飞行器或远程超高速导弹的飞行控制、喷气发动机、火箭、导弹、卫星等耐热腔体和表面各部分的压力测量。

尤其在武器系统中高温压力传感器是动力系统所不可缺少的。

SOl单晶硅高温压力传感器，由于自动化生产程度越来越高，对新型传感器的研究己经迫在眉睫，集成化、智能化是新一代微传感器的迈进方向。

新材料的开发应用,工业上的某些场合要求压力传感器能够在高温、高辐射以及恶劣的环境下正常工作。

金刚石的某些特殊性质以及极大的压阻效应使其成为制作压阻型压力传感器的极佳材料,。

这种传感器适用于勘探、航空航天以及汽车工业。

硅材料被广泛用于压阻型微压力传感器的制造。

然而,利用这些材料制造的传感器件都不适合于在高温、高辐射以及恶劣环境下工作。

金刚石具有卓越的物理、化学性能，大面积金刚石薄膜气相合成技术的出现极大地拓展了金刚石的应用范围,从而开辟了金刚石材料在电子器件上应用的可能性。

金刚石薄膜掺硼后具有显著的压阻效应, 利用金刚石薄膜制造耐高温的微传感器件便成为可能。

随着微电子技术、集成电路技术和加工工艺的发展，MEMS传感器凭借体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、易于集成以及耐恶劣工作环境等优势，极大地促进了传感器的微型化、智能化、多功能化和网络化发展。

MEMS传感器正逐步占据传感器市场，并逐渐取代传统机械传感器的主导地位，已得到消费电子产品、汽车工业、航空航天、机械、化工及医药等各领域的青睐。

MEMS传感器的发展以20世纪60年代霍尼韦尔研究中心和贝尔实验室研制出首个硅隔膜压力传感器和应变计为开端。

压力传感器是影响最为深远且应用最广泛的MEMS传感器．其性能由测量范围、测量精度、非线性和工作温度决定。

从信号检测方式划分，MEMS 压力传感器可分为压阻式、电容式和谐振式等；从敏感膜结构划分，可分为圆形、方形、矩形和E形等。

硅压力传感器主要是硅扩散型压阻式压力传感器，其工艺成熟，尺寸较小，且性能优异，性价比较高。