壓力傳感器芯體材質采用單晶硅的優勢

2019年05月06日 11:37:50人氣：2467來源：宏浩機械·德國瑞科

　　壓力傳感器芯體材質采用單晶硅的優勢

　　硅在集成電路和微電子器件生產中有著廣泛的應用，主要是利用硅的電學特性；在MEMS微機械結構中，則是利用其機械特性，繼而產生新一代的硅機電器件和裝置。硅材料儲量豐富，成本低。硅晶體生長容易，并存在超純無雜的材質，不純度在十億分這一的量級，因而本身的內耗小，機械品質因數可高達10^6數量級。設計得當的微活動結構，如微傳感器，能達到極小的遲滯和蠕變、的重復性和長期穩定性以及高可靠性。所以用硅材制作硅壓阻壓力傳感器，有利于解決長困擾傳感器領域的3個難題——遲滯、重復性及長期漂移。

　　硅材料密度為2.33g/cm^2，是不銹鋼密度的1/3.5，而彎曲強度卻為不銹鋼的3.5倍，具有較高的強度/密度比和較高的剛度/密度比。單晶硅具有很好的熱導性，是不銹鋼的5倍，而熱膨脹系數則不到不銹鋼的1/7，能很好地和低膨脹Invar合金連接，并避免熱應力產生。單晶硅為立方晶體，是各向異性材料。許多機械特性和電子特性取決于晶向，如彈性模量和壓阻效應等。

　　單晶硅的電阻應變靈敏系數高。在同樣的輸入下，可以得到比金屬應變計更高的信號輸出，一般為金屬的10-100倍，能在10^-6級甚至10^-8級上敏感輸入信號。硅材料的制造工藝與集成電路工藝有很好的兼容性，便于微型化、集成化及批量生產。硅可以用許多材料覆蓋，如氮化硅，因而能獲得優異的防腐介質的保護。具有較好的耐磨性。

　　綜上所述，硅材料的優點可歸為：優異的機械特性；便于批量微機械結構和微機電元件；與微電子集成電路工藝兼容；微機械和微電子線路便于集成。

　　正是這些優點，使硅材料成為制造微機電和微機械結構主要的優選材料。但是，硅材料對溫度極為敏感，其電阻溫度系統接近于2000×10^-6/K的量級。因此，凡是基于硅的壓阻效應為測量原理的傳感器，必須進行溫度補償，這是不利的一面；而可利用的一面則是，在測量其他參數的同時，可以直接對溫度進行測量。

關鍵詞：壓力傳感器電子器件

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