壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐、儀器儀表控制中最為常用的一種傳感器，并廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)。
1954年C.S.史密斯詳細(xì)研究了硅的壓阻效應(yīng)，從此開始用硅制造壓力傳感器。早期的硅壓力傳感器是半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)式的。后來在N型硅片上定域擴(kuò)散P型雜質(zhì)形成電阻條，并接成電橋，制成芯片。此芯片仍需粘貼在彈性元件上才能敏感壓力的變化。采用這種芯片作為敏感元件的傳感器稱為擴(kuò)散型壓力傳感器。這兩種傳感器都同樣采用粘片結(jié)構(gòu)，因而存在滯后和蠕變大、固有頻率低、不適于動(dòng)態(tài)測(cè)量以及難于小型化和集成化、精度不高等缺點(diǎn)。
70年代以來制成了周邊固定支撐的電阻和硅膜片的一體化硅杯式擴(kuò)散型壓力傳感器。它不僅克服了粘片結(jié)構(gòu)的固有缺陷，而且能將電阻條、補(bǔ)償電路和信號(hào)調(diào)整電路集成在一塊硅片上，甚至將微型處理器與傳感器集成在一起，制成智能傳感器。這種新型傳感器的優(yōu)點(diǎn)是：頻率響應(yīng)高，適于動(dòng)態(tài)測(cè)量;體積小，適于微型化;精度高，可達(dá)0.1～0.01%;靈敏高，比金屬應(yīng)變計(jì)高出很多倍，有些應(yīng)用場(chǎng)合可不加放大器;無活動(dòng)部件，可靠性高，能工作于振動(dòng)、沖擊、腐蝕、強(qiáng)干擾等惡劣環(huán)境。其缺點(diǎn)是溫度影響較大、工藝較復(fù)雜和造價(jià)高等。
壓力傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線性特性。這種傳感器采用集成工藝將電阻條集成在單晶硅膜片上，制成硅壓阻芯片，并將此芯片的周邊固定封裝于外殼之內(nèi)，引出電極引線。
接觸式壓力傳感器原理
雙面接觸式電容壓力傳感器的原理是基于單面接觸式電容壓力傳感器而來的。其工作原理是當(dāng)傳感器的受壓膜片(即梁)與基底距離很近時(shí)，膜片受壓后與基底接觸，當(dāng)壓力變化時(shí)，通過改變接觸面積的大小來改變電容量。
雙面接觸式電容壓力傳感器的電容由兩部分組成：一部分為梁受壓后，尚未接觸到襯底上的絕緣層時(shí)形成的電容，此電容類似于常規(guī)的電容壓力傳感器，這一部分只占接觸式電容壓力傳感器的電容量的很小一部分;另一部分是梁接觸到襯底后形成的電容，這部分電容量才是需要的電容量，而且它占主導(dǎo)地位，較多采用的是國(guó)產(chǎn)品牌電容。當(dāng)壓力增加時(shí)，梁與襯底的接觸面積增加，同時(shí)梁與襯底的非接觸部分減少。剛開始，電容主要由非接觸部分提供，隨著壓力的增加，梁開始接觸襯底的絕緣層后，非接觸部分提供的電容逐漸減少，而接觸部分提供的電容與接觸面積將呈線性增加。由于絕緣層非常薄，因此當(dāng)梁開始與襯底上的絕緣層接觸后，接觸面積所提供的電容將占主導(dǎo)地位。
雙面接觸式電容壓力傳感器由3個(gè)硅晶片(其中有兩個(gè)晶片B是一樣的)用硅熔融法進(jìn)行鍵合，先把晶片A正反兩面腐蝕兩個(gè)同樣大小的溝槽來作為傳感器的真空腔，然后在這兩個(gè)大溝槽上淀積一層二氧化硅作為絕緣層，同時(shí)把晶片A作為雙面接觸式電容壓力傳感器的公共下電極，接著把兩片用濃的固態(tài)硼擴(kuò)散好的晶體B用熔融鍵合的辦法鍵合在晶片A的正反兩面，用離子刻蝕法刻蝕掉晶片B最外層的重?fù)诫s層，緊接著用自停止腐蝕法去掉輕摻雜層，得到最里面的重?fù)诫s層作為傳感器的上電極。對(duì)于晶片A和B,可以采用圓形、方形、矩形膜，本次設(shè)計(jì)采用圓形膜。
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