高温压力传感器的研制与计算机模拟

摘要

高温压力传感器因其特殊的应用环境而日益受到人们的重视。在石油，化工，冶金，航空航天等领域，对高温环境下的压力测试是必要的。多晶硅高温压力传感器和SOI 高温压力传感器是目前传感器市场上，用于在高温压力测量领域中替代普通扩散硅压力传感器的理想产品。 本文论述了一种新型多晶硅-AlN 薄膜高温压力传感器的研制，它综合考虑了多晶硅高温压力传感器和SOI 高温压力传感器的优点，并结合了MEMS 制作工艺技术。其要点是在力敏电阻条与硅弹性膜之间利用氮化铝进行绝缘隔离。氮化铝与硅的热膨胀系数接近，附着力高，耐击穿性好。又具有高化学稳定性，高热导率，对于压力传感器的电桥散热特别有利，可解决压力传感器启动时的零点时漂。由于无p－n 结，力敏电阻无反向漏电，依此制造的压力传感器的特性好（零点电漂移及热漂移小、非线性小）。力敏电阻条由多晶硅构成。利用Al 诱导退火能使溅射得到的非晶硅在600℃时转化成为多晶硅。利用湿法刻蚀电阻图形，并采用各向异性腐蚀技术制作硅杯，最后使用PbO-ZnO-B2O3 低温玻璃封接技术进行封接。 多晶硅-AlN 薄膜结构的压力传感器制作工艺与传统的CMOS 制作工艺兼容，易于实现集成化。所以这是一种性能理想的高温压力传感器。 此外，利用工程上较为流行的软件ANSYS 对高温压力传感器进行了模拟，得出其在高温环境下工作时的温度分布情况。比较了AlN, 2 SiO 与2 3 Al O 分别作为绝缘散热层时模型的温度分布，并且比较了散热层不同厚度时力敏电阻中心点的温度。