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(yīng)，即當(dāng)有外力作用于半導(dǎo)體材料時(shí)，其電阻將明顯發(fā)生變化。

1960-1970年，硅擴(kuò)散技術(shù)快速發(fā)展，技術(shù)人員在硅晶面選擇合適的晶向直接把應(yīng)變電阻擴(kuò)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(chēng)為硅杯。

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

隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在可以通過(guò)微機(jī)械加工工藝制作由計(jì)算機(jī)控制加工出結(jié)構(gòu)型的壓力傳感器，其線(xiàn)度可以控制在微米級(jí)范圍內(nèi)。利用這一技術(shù)可以加工、蝕刻微米級(jí)的溝、條、膜，使得壓力傳感器進(jìn)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(shí)，隨著壓力的變化，根據(jù)壓阻效應(yīng)，一個(gè)或多個(gè)電阻的阻值會(huì)發(fā)生改變。阻值的改變會(huì)引起輸出電壓的變化。

單晶硅芯體：

熔融的單質(zhì)硅凝固時(shí),硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長(zhǎng)成晶面取向相同的晶粒，則形成單晶硅。由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻性，單晶硅在力學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)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(diǎn)

擴(kuò)散硅芯體：

傳統(tǒng)的的硅半導(dǎo)體材質(zhì)，在多晶硅上使用微機(jī)械加工技術(shù)雕刻而成。技術(shù)成熟，工藝穩(wěn)定，在精度上無(wú)法無(wú)單晶硅媲美，但是在成本、通用性、以及性?xún)r(jià)比上具有自己的優(yōu)勢(shì)。

玻璃微熔芯體：

美國(guó)加州理工學(xué)院在1965年研發(fā)的新型技術(shù)，腔體背面由高溫玻璃粉燒結(jié)17-4PH低碳鋼，腔體由17-4PH不銹鋼翻出，適用于高壓過(guò)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(wú)需充油和隔離膜片即可測(cè)量;不銹鋼結(jié)構(gòu)，無(wú)“O"型密封圈，無(wú)溫度釋放隱患。它可以在高壓下測(cè)量600MPa(6000bar)，最高精度為0.075%。

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