高温压力传感器技术基础

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压力传感器是目前应用最为广泛的一种传感器。传统的压力传感器以机械结构型的器件为主，利用压电效应，把弹性体的形变转换成对应压力的大小。随着半导体技术和MEMS技术的发展，压力传感器性能得到大幅提高，不仅体积小、质量轻、功耗小，而且精度、稳定性、可靠性更高，这也大大扩展了它的应用市场。高温压力传感器主要是为了解决高温环境下各种气体、液体压力的测量，广泛应用于锅炉、管道、高温反应容器内的压力、井下压力和各种发动机腔体内的压力、高温油品液位与检测、油井测压等领域压力的测量。在这些领域中，传感器都处于高温环境条件下工作，使得传感器的放大电路工作很容易失效，这也是高温压力传感器设计的难点。最好的解决办法就是将传感器件与放大电路相分离，其中传感器件由MEMS工艺来实现，信号激励与信号处理由计算机来完成。
现在，研究比较多的高温压力传感器主要有SOS，SOI，SiO2，Poly2Si等半导体传感器，还有溅射合金薄膜高温压力传感器、高温光纤压力传感器和高温电容式压力传感器等。与传统的压阻式压力传感器相比，半导体电容式压力传感器具有灵敏度高、温度稳定性好、功耗小等优点，而且它只对压力敏感，对应力不敏感，所以，电容式压力传感器在许多领域得到广泛应用。下面介绍一下电容式高温压力传感器制作工艺。
硅电容式压力传感器的感应元件是半导体薄膜，它主要由单晶硅和多晶硅制作而成。典型的电容式传感器结构由上下电极、绝缘体和衬底所组成。当薄膜受压力作用时，它会发生形变，这就导致上下电极之间的距离紧跟着发生变化，从而使电容发生变化。但电容的变化与上下电极之间的距离呈非线性关系。所以，要用补偿电路对其进行补偿。由于高温条件对补偿电路的影响很大，所以应当避免补偿电路在高温环境下工作，最好的解决办法就是把传感器件与放大电路分离，通过模型识别来得到所测环境的压力。
随着电子电路器件的发展，将来压力传感器抗高温性能会变得更好，这需要广大科技工作者共同努力。