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壓力傳感器芯體的常見材質(zhì)

點(diǎn)擊次數(shù):1966 更新時(shí)間:2020-03-24
       壓力傳感器芯體材質(zhì)種類多種多樣,根據(jù)不同工況可使用不同的芯片材質(zhì),下面我們來說說幾種常見的材質(zhì)。
  一、單晶硅
  硅廣泛應(yīng)用于集成電路和微電子器件的生產(chǎn),主要利用硅的電學(xué)性能; 在 MES 的微機(jī)械結(jié)構(gòu)中,利用硅的力學(xué)性能生產(chǎn)新一代硅機(jī)電器件和器件..該材質(zhì)由于其儲(chǔ)量非常豐富,因此成本低,在價(jià)格上上也就非常實(shí)惠。硅晶體生長(zhǎng)容易,存在超純無雜質(zhì)材料,非純材料約10億左右,自身內(nèi)耗小,機(jī)械質(zhì)量因數(shù)可高達(dá)10^6個(gè)數(shù)量級(jí)。適當(dāng)設(shè)計(jì)的微有源結(jié)構(gòu),如微傳感器,可以實(shí)現(xiàn)較小的滯后和蠕變,良好的重復(fù)性,長(zhǎng)期的穩(wěn)定性和高可靠性。因此,用硅材料制作硅壓阻式壓力傳感器有助于解決傳感器領(lǐng)域的三個(gè)難題:滯后、重復(fù)性和長(zhǎng)期漂移。
  硅材料密度為2.33g/cm2,是不銹鋼的1≤3.5,彎曲強(qiáng)度是不銹鋼的3.5倍。單晶硅具有良好的導(dǎo)熱性能,比不銹鋼高5倍,但其熱膨脹系數(shù)小于1≤7??膳c低膨脹因瓦合金連接,避免熱應(yīng)力。
  二、多晶硅
  多晶硅是由許多單晶顆粒組成的聚合物..這些顆粒排列紊亂。不同的晶粒具有不同的單晶取向,每種晶粒都有單晶的特征。多晶硅薄膜通常采用低壓化學(xué)氣相沉積(lpvcd)方法制備。它們的電阻率隨摻硼原子的濃度變化很大。多晶硅薄膜的電阻比單硅薄膜高,特別是在低摻雜原子濃度下,多晶硅薄膜的電阻迅速增加。電阻率隨摻雜原子濃度的不同而變化。
  多晶硅的壓電效應(yīng):在壓縮過程中電阻減小,在拉伸過程中增大。較大縱向應(yīng)變靈敏度系數(shù)約為金屬應(yīng)變片的30倍,即單晶硅電阻的較大應(yīng)變靈敏度系數(shù)的1/3,橫向應(yīng)變靈敏度系數(shù)隨摻雜濃度呈正、負(fù)變化,一般不使用。此外,與單晶硅壓阻電阻器相比,多晶硅壓阻薄膜可以在不同的基片上制備,如電介質(zhì)(SiO 2,Si3N4)。與單晶硅壓阻薄膜相比,多晶硅壓阻薄膜在相同的工作溫度下能更有效地抑制溫度漂移,有利于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定。通過光刻技術(shù)可以得到多晶硅電阻膜的精確阻值。
  三、硅-藍(lán)寶石
  采用外延法在藍(lán)寶石(A-Al2O3)基體上生長(zhǎng)硅藍(lán)寶石材料。硅晶體可以看作是藍(lán)寶石的延伸,構(gòu)成硅藍(lán)寶石SOS(硅在藍(lán)寶石上)晶片.藍(lán)寶石材料是一種絕緣體,其電性能*獨(dú)立于其上的每一個(gè)電阻。這不僅可以消除 PN結(jié)泄漏引起的漂移,而且可以在高溫 (≥ 300 °C) 下提供高應(yīng)變效應(yīng)和工作穩(wěn)定性..藍(lán)寶石具有良好的重復(fù)性,因?yàn)樗梢院雎源艤腿渥?。藍(lán)寶石也是一種惰性材料,具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性和抗輻射性。藍(lán)寶石具有很高的機(jī)械強(qiáng)度。
  總之,充分利用硅藍(lán)寶石的特性,可以制作出耐高溫、耐腐蝕、耐輻射的傳感器和電路,但要獲得高精度、穩(wěn)定可靠的指標(biāo),還必須解決材料在整個(gè)結(jié)構(gòu)中的熱相容性問題,否則很難達(dá)到預(yù)期的目的。
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