【導(dǎo)讀】我們知道大部分小量程、高靈敏壓力傳感器通常都采用平膜、島膜、梁膜等結(jié)構(gòu)，目前小量程、高靈敏壓力傳感器的研究熱點(diǎn)集中在犧牲層結(jié)構(gòu)壓力傳感器，這主要是因?yàn)闋奚鼘咏Y(jié)構(gòu)壓力傳感器彈性膜片很薄，厚度可做到2μm，甚至更薄。
在犧牲層結(jié)構(gòu)的薄結(jié)構(gòu)上，如果采用擴(kuò)散硅或多晶硅薄膜作為犧牲層結(jié)構(gòu)壓力傳感器的應(yīng)變電阻，其厚度相對較大，對彈性膜片應(yīng)力分布影響很大，不利于犧牲層結(jié)構(gòu)壓力傳感器的性能優(yōu)化，因此采用多晶硅納米薄膜制作應(yīng)變電阻更能發(fā)揮犧牲層技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。
在這之前，壓力傳感器設(shè)計(jì)過載保護(hù)時，一般采用凸臺等方法實(shí)現(xiàn)，形成方法有背部刻蝕技術(shù)、硅直接鍵合技術(shù)、玻璃刻蝕技術(shù)等。然而這些結(jié)構(gòu)的腔體尺寸較大，進(jìn)一步提高傳感器的靈敏度受到限制，而且降低了硅片利用率，增加了制造工藝的復(fù)雜度，提高了生產(chǎn)成本。
現(xiàn)在，壓力傳感器的應(yīng)變電阻是在單晶硅片上擴(kuò)散或注入雜質(zhì)的方式實(shí)現(xiàn)，為了改善溫度特性，后來也采用了多晶硅薄膜，但普通多晶硅薄膜的應(yīng)變因子較小，不利于提高靈敏度。最新研究結(jié)果表明，多晶硅納米薄膜具有顯著的隧道壓阻效應(yīng)，表現(xiàn)出比常規(guī)多晶硅薄膜更優(yōu)越的壓阻特性，重?fù)诫s條件下其應(yīng)變因子仍可達(dá)到34，具有負(fù)應(yīng)變因子溫度系數(shù)，數(shù)值小于1×10-3/℃，電阻溫度系數(shù)可小于2×10-4/℃。
在表面微加工中，由淀積到襯底和犧牲層上的薄膜作為結(jié)構(gòu)層，對微小結(jié)構(gòu)的尺寸更易控制，器件的尺寸得以減小。然而，這些結(jié)構(gòu)層的機(jī)械性能高度依賴于淀積和隨后的加工過程，相對低的淀積速率雖然限制了所制作器件的厚度，但是由于結(jié)構(gòu)層厚度低，所以能制作出量程更小、靈敏度更高的壓力傳感器。
因此，在犧牲層結(jié)構(gòu)壓力傳感器上，采用多晶硅納米薄膜作應(yīng)變電阻，可以提高靈敏度，擴(kuò)大工作溫度范圍，降低溫度漂移。然而，犧牲層結(jié)構(gòu)非常薄，如何提高傳感器的過載能力顯得尤為重要。所以，如何在保證傳感器滿量程范圍內(nèi)線性響應(yīng)的前提下，調(diào)整犧牲層厚度，通過彈性膜片與襯底的適當(dāng)接觸來有效提高傳感器的過載能力。改善工藝解決泄漏問題后，犧牲層結(jié)構(gòu)多晶硅納米膜壓力傳感器的性能應(yīng)該能滿足設(shè)計(jì)要求。
