Under de senaste åren utvecklas mitt lands sensorteknologi snabbt och dess applikationsfält expanderar också. Som den mest mogna typen av modern mätningsteknik dyker upp nya tekniker, nya material och nya processer ständigt inom området trycksensorer.
En trycksensor är en enhet som används för att upptäcka trycksignaler och omvandla dem till elektriska signaler enligt vissa regler. Det används allmänt i olika produktions-, industri- och flyg- och rymdfält. Med underavdelningen av applikationsfält är tryckmätning i högtemperatur och hårda miljöer såsom högtemperaturoljebrunnar och olika motorhåligheter blir mer och mer viktiga, medan materialen som används i vanliga trycksensorer överskrider en viss temperatur (till exempel arbetstemperaturen för diffus silikon-tryckkänsla är lägre än lägre 120 ° C). ° C) kommer att misslyckas, vilket resulterar i tryckmätningsfel. Därför blir högtemperaturtryckssensorn en mycket viktig forskningsriktning.
Klassificering av högtemperaturtryckssensorer
Enligt de olika materialen som används kan högtemperaturtryckssensorer delas upp i Polysilicon (poly-si) högtemperaturtryckssensorer, Sic högtemperaturtryckssensorer, soi (kisel på isolator) hög temperaturtryckssensorer, SOS (kisel på SAPPHIRE) Silicon-sapphire-tryck sensorer, OPTICALTALICTICTICTIMER OCH ANDRA TYPER. och utsikterna för SOI-högtemperaturtryckssensorer är mycket idealiska. Följande introducerar huvudsakligen SOI -sensorn med hög temperatur.
SOI hög temperaturtryckssensor
Utvecklingen av SOI-högtemperaturtryckssensorer förlitar sig huvudsakligen på ökningen av SOI-material. SOI är kisel på isolator, som huvudsakligen hänvisar till det halvledarmaterial som bildas mellan Si-underlaget och SI-topplagret med SIO2 som isolerande lager. Den specialstrukturen som görs mellan Si-underlaget och SI-skiktet med SIO2 som den isolerande lagret. Den specialstrukturen för SOI gör det möjligt att skilja mellan enhetsskiktet, elementet i SIO2 som isolerande lager. kisel och förbättrar enhetens tillförlitlighet. Förutom på grund av de högtemperaturegenskaperna för SOI-enhetsskiktet, blir det ett idealiskt material för att framställa högtemperaturtryckssensorer.
För närvarande har SOI högtemperaturtryckssensorer framgångsrikt utvecklats utomlands, och arbetstemperaturen är -55 ~ 480 ° C; -55 ~ 500 ° C SOI högtemperaturtryckssensor utvecklad av Goodrich Advanced Sensor Technology Center i USA; SOI-högtemperaturtryckssensorn som utvecklats av French Leti Institute har också en arbetstemperatur på mer än 400 ° C.Domestic Research Institutioner är också aktivt forskning om SOI-högtemperaturtryckssensorer, såsom Xi'an Jiaotong University, Tianjin University och Peking University. Dessutom genomför Fatri Future Advanced Technology Research Institute of Fatri också relaterat forskningsarbete, och det nuvarande projektet har gått in i demonstrationsstadiet.
Arbetsprincip för SOI hög temperaturtryckssensor
In principle, the SOI high temperature pressure sensor mainly utilizes the piezoresistive effect of single crystal silicon.When a force acts on the silicon crystal, the lattice of the crystal is deformed, which in turn leads to a change in the mobility of the carriers, resulting in a change in the resistivity of the silicon crystal.Four piezoresistors are etched in a specific direction on the SOI top device layer to form a Wheatstone Bridge som visas i figur 2 (a); Ett tryckrygghålrum etsas på SOI -substratskiktet för att bilda en tryckkänslig struktur.
Figur 2 (a) Wheatstone Bridge
När den tryckkänsliga strukturen utsätts för lufttrycket förändras motståndet hos piezoresistorn, vilket i sin tur får utspänningsspänningen att förändras, och tryckvärdet mäts genom förhållandet mellan utgångsspänningsvärdet och motståndsvärdet för piezoresistorn.
Tillverkningsprocessen för SOI hög temperaturtryckssensor
Beredningsprocessen för SOI-högtemperaturtryckssensor involverar flera MEMS-processer. Några viktiga steg introduceras kort för att förstå sensorns process, främst inklusive piezoresistor-beredning, metallledningsberedning, tryckkänslig filmförberedelse och tryckkammarförpackning.
Nyckeln till beredning av varistorer ligger i kontrollen av dopingkoncentrationen och optimeringen av den efterföljande etsningsprocessen; Metallledningsskiktet fungerar huvudsakligen som anslutningen till Wheatstone Bridge; Beredningen av den tryckkänsliga filmen förlitar sig huvudsakligen på den djupa kisel etsningsprocessen; Förpackningen av kaviteten varierar vanligtvis beroende på applicering av trycksensorn,
Eftersom de nuvarande kommersialiserade högtemperaturtryckssensorerna inte väl uppfyller tryckmätningskraven i speciella hårda miljöer som högtemperaturoljebrunnar och aero-motorer har framtida forskning om högtemperaturtryckssensorer blivit oundvikliga. Till dess speciella struktur och hög temperaturegenskaper har SOI-material blivit idealiska material för högtemperaturtryckssensorer. Framtida forskning om SOI-högtemperaturtryckssensorer bör fokusera på att lösa den långsiktiga stabiliteten och självuppvärmningsproblemen hos sensorer i höga temperatur hårda miljöer och förbättra noggrannheten hos trycksensorer. aspekt.
Naturligtvis kräver tillkomsten av den intelligenta eran också SOI-högtemperaturtryckssensorer i kombination med andra tvärvetenskapliga tekniker för att få mer intelligenta funktioner som självkompensation, självkalibrering och informationslagring till sensorn för att bättre slutföra uppdraget att avkänna komplexa högtemperaturmiljötryck. .
Posttid: feb-13-2023