傳感器芯體介紹

壓阻式傳感器歷史

1954年，史密斯（C.S.Smith）發(fā)現(xiàn)了硅與鍺的壓阻效應，即當有外力作用于半導體材料時，其電阻將明顯發(fā)生變化。

1960-1970年，硅擴散技術快速發(fā)展，技術人員在硅晶面選擇合適的晶向直接把應變電阻擴散在晶面上，然后在背面加工成凹形，形成較薄的硅彈性膜片，稱為硅杯。

1970-1980年，硅杯擴散理論的基礎上應用了硅的各向異性的腐蝕技術，擴散硅傳感器其加工工藝以硅的各項異性腐蝕技術為主，發(fā)展成為可以自動控制硅膜厚度的硅各向異性加工技術

隨著技術的發(fā)展，現(xiàn)在可以通過微機械加工工藝制作由計算機控制加工出結構型的壓力傳感器，其線度可以控制在微米級范圍內(nèi)。利用這一技術可以加工、蝕刻微米級的溝、條、膜，使得壓力傳感器進入了微米階段。

壓阻式傳感器原理

圖是基本的惠斯通電橋，圖中電橋輸出Vo是Vo+和Vo-之間的差分電壓。使用傳感器時，隨著壓力的變化，根據(jù)壓阻效應，一個或多個電阻的阻值會發(fā)生改變。阻值的改變會引起輸出電壓的變化。

單晶硅芯體：

熔融的單質(zhì)硅凝固時,硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則形成單晶硅。由于其內(nèi)部結構的均勻性，單晶硅在力學、光學和熱學性能上表現(xiàn)好。zhyq單晶硅壓力芯體具有精度高、穩(wěn)定性好等特點

擴散硅芯體：

傳統(tǒng)的的硅半導體材質(zhì)，在多晶硅上使用微機械加工技術雕刻而成。技術成熟，工藝穩(wěn)定，在精度上無法無單晶硅媲美，但是在成本、通用性、以及性價比上具有自己的優(yōu)勢。

玻璃微熔芯體：

美國加州理工學院在1965年研發(fā)的新型技術，腔體背面由高溫玻璃粉燒結17-4PH低碳鋼，腔體由17-4PH不銹鋼翻出，適用于高壓過載，能有效抵抗瞬間壓力沖擊。含有少量雜質(zhì)的流體介質(zhì)，無需充油和隔離膜片即可測量;不銹鋼結構，無“O"型密封圈，無溫度釋放隱患。它可以在高壓下測量600MPa(6000bar)，最高精度為0.075%。

　　但是玻璃微熔傳感器小量程的測量比較困難，一般測量范圍在500kPa以上。
　　基于MEMS(微機電系統(tǒng))技術的壓力傳感器是由微/納惠斯通電橋制成的硅應變計。具有輸出靈敏度高、性能穩(wěn)定、批量可靠、重復性好的優(yōu)點。