壓力傳感器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

傳感器技術(shù)是現(xiàn)代測量與自動化系統(tǒng)中的重要技術(shù)之一。從太空開發(fā)到海底勘探，從生產(chǎn)過程控制到現(xiàn)代文明生活，幾乎每一項(xiàng)技術(shù)都離不開傳感器。許多國家都非常重視傳感器技術(shù)的發(fā)展。例如，六大關(guān)鍵技術(shù)（計算機(jī)、通信、激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)和傳感器）被列為日本的傳感器技術(shù)之一；因此，從事現(xiàn)代測量和自動控制的技術(shù)人員有必要了解和熟悉壓力傳感器的開發(fā)過程。

現(xiàn)代壓力傳感器以半導(dǎo)體傳感器的發(fā)明為標(biāo)志。半導(dǎo)體傳感器的發(fā)展可以分為四個階段：

發(fā)明階段（1945-1960）

這一階段的主要標(biāo)志是1947年雙極晶體管的發(fā)明。從那時起，半導(dǎo)體材料的這種性質(zhì)就得到了廣泛的應(yīng)用。C.S.Smith在1945年發(fā)現(xiàn)了硅和鍺的壓阻效應(yīng)，即當(dāng)外力施加到半導(dǎo)體材料上時，它們的電阻會發(fā)生顯著變化。根據(jù)這一原理，壓力傳感器是通過在金屬膜上粘貼應(yīng)變電阻器制成的，應(yīng)變電阻器將力信號轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行測量。

技術(shù)發(fā)展階段（1960-1970）

隨著硅擴(kuò)散技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)變電阻直接擴(kuò)散到晶體表面。技術(shù)人員在硅的（110）或（001）晶體表面選擇合適的晶體方向，然后形成一層薄的硅彈性膜，在背面加工成凹形，稱為硅杯。該硅杯傳感器具有體積小、穩(wěn)定性好、成本低、重量輕、靈敏度高、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。金屬硅共晶的實(shí)現(xiàn)為商業(yè)化發(fā)展提供了可能。

商業(yè)綜合加工階段（1970年至1980年）

基于硅杯的擴(kuò)散理論，采用了硅的各向異性腐蝕技術(shù)。擴(kuò)散硅傳感器已經(jīng)發(fā)展成為一種可以自動控制硅膜厚度的硅各向異性處理技術(shù)。加工技術(shù)主要集中在硅的各種各向異性腐蝕技術(shù)上。主要包括V型槽法、濃硼自動停止法、陽極氧化自動停止法和微機(jī)控制自動停止法。由于腐蝕可以同時在多個表面上進(jìn)行，因此可以同時生產(chǎn)數(shù)千個硅壓力膜，從而實(shí)現(xiàn)集成的工廠加工模式，并進(jìn)一步降低成本。

微加工階段（1980年至今）

上世紀(jì)末納米技術(shù)的出現(xiàn)使微機(jī)械加工成為可能。通過微加工工藝，可以通過計算機(jī)控制對結(jié)構(gòu)壓力傳感器進(jìn)行加工，并將其線性控制在微米范圍內(nèi)。使用這項(xiàng)技術(shù)，壓力傳感器可以進(jìn)入微米級，可以在微米級通道、條帶和膜中進(jìn)行機(jī)械加工和蝕刻。

在各種傳感器中，壓力傳感器可廣泛用于壓力、高度、加速度、液體流量、流量、液位和壓力的測量和控制，具有體積小、穩(wěn)定可靠、成本低、重量輕、靈敏度高、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。壓力傳感器已經(jīng)成為一種性能穩(wěn)定、性價比高、技術(shù)成熟的傳感器。