首页 >> 新聞資訊 >> 行業資訊 >>各種壓力感測器芯體材質比較
详细内容

各種壓力感測器芯體材質比較

目前◕↟,壓力感測器芯體材質品種繁多◕↟,下面簡單介紹下幾種芯體材質的效能

一•·、單晶矽 

矽在積體電路和微電子器件生產中有著廣泛的應用◕↟,主要是利用矽的電學特性;在MEMS微機械結構中◕↟,則是利用其機械特性◕↟,繼而產生新一代的矽機電器件和裝置•••。矽材料儲量豐富◕↟,成本低•••。矽晶體生長容易◕↟,並存在超純無雜的材質◕↟,不純度在十億分這一的量級◕↟,因而本身的內耗小◕↟,機械品質因數可高達10^6數量級•••。設計得當的微活動結構◕↟,如微感測器◕↟,能達到極小的遲滯和蠕變•·、極佳的重複性和長期穩定性以及高可靠性•••。所以用矽材製作矽壓阻壓力感測器◕↟,有利於解決長困擾感測器領域的3個難題――遲滯•·、重複性及長期漂移•••。 

矽材料密度為2.33g/cm^2◕↟,是不鏽鋼密度的1/3.5◕↟,而彎曲強度卻為不鏽鋼的3.5倍◕↟,具有較高的強度/密度比和較高的剛度/密度比•••。單晶矽具有很好的熱導性◕↟,是不鏽鋼的5倍◕↟,而熱膨脹係數則不到不鏽鋼的1/7◕↟,能很好地和低膨脹Invar合金連線◕↟,並避免熱應力產生•••。單晶矽為立方晶體◕↟,是各向異性材料•••。許多機械特性和電子特性取決於晶向◕↟,如彈性模量和壓阻效應等•••。 

單晶矽的電阻應變靈敏係數高•••。在同樣的輸入下◕↟,可以得到比金屬應變計更高的訊號輸出◕↟,一般為金屬的10-100倍◕↟,能在10^-6級甚至10^-8級上敏感輸入訊號•••。矽材料的製造工藝與積體電路工藝有很好的相容性◕↟,便於微型化•·、整合化及批次生產•••。矽可以用許多材料覆蓋◕↟,如氮化矽◕↟,因而能獲得優異的防腐介質的保護•••。具有較好的耐磨性•••。 

綜上所述◕↟,矽材料的優點可歸為│·☁:優異的機械特性;便於批次微機械結構和微機電元件;與微電子積體電路工藝相容;微機械和微電子線路便於整合•••。 

正是這些優點◕↟,使矽材料成為製造微機電和微機械結構最主要的優選材料•••。但是◕↟,矽材料對溫度極為敏感◕↟,其電阻溫度系統接近於2000×10^-6/K的量級•••。因此◕↟,凡是基於矽的壓阻效應為測量原理的感測器◕↟,必須進行溫度補償◕↟,這是不利的一面;而可利用的一面則是◕↟,在測量其他引數的同時◕↟,可以直接對溫度進行測量•••。 

二•·、多晶矽 

多晶矽是許多單晶(晶粒)的聚合物•••。這些晶粒的排列是無序的◕↟,不同晶粒有不同的單晶取向◕↟,而每一晶粒內部有單晶的特徵•••。晶粒與晶粒之間的部位叫做晶界◕↟,晶界對其電特性的影響可以透過摻雜原子濃度調節•••。多晶矽膜一般由低壓化學氣相澱積(LPVCD)法制作而成◕↟,其電阻率隨摻硼原子濃度的變化而發生較大變化•••。多晶矽膜的電阻率比單晶矽的高◕↟,特別在低摻雜原子濃度下◕↟,多晶矽電阻率迅速升高•••。隨摻雜原子濃度不同◕↟,其電阻率可在較寬的數值範圍內變化•••。 

多晶矽具有的壓電效應│·☁:壓縮時電阻下降◕↟,拉伸時電阻上升•••。多晶矽電阻應變靈敏系統隨摻雜濃度的增加而略有下降•••。其中縱向應變靈敏係數最大值約為金屬應變計最大值的30倍◕↟,為單晶矽電阻應變靈敏係數最大值的1/3;橫向應靈敏係數◕↟,其值隨摻雜濃度出現正負變化◕↟,故一般都不採用•••。此外◕↟,與單晶矽壓阻相比◕↟,多晶矽壓阻膜可以在不同的材料襯底上製作◕↟,如在介電體(SiO2•·、Si3N4)上•••。其製備過程與常規半導體工藝相容◕↟,且無PN接面隔離問題◕↟,因而適合更高工作溫度(t≥200℃)場合使用•••。在相同工作溫度下◕↟,多晶矽壓阻膜與單晶矽壓阻膜相比◕↟,可更有效地抑制溫度漂移◕↟,有利於長期穩定性的實現•••。多晶矽電阻膜的準確阻值可以透過光刻手段獲得•••。 

綜上所述◕↟,多晶矽膜具有較寬的工作溫度範圍(-60~+300℃)◕↟,可調的電阻率特性•·、可調的溫度係數•·、較高的應變靈敏係數及能達到準確調整阻值的特點•••。所以在研製微感測器和微執行器時◕↟,利用多晶矽膜這些電學特性◕↟,有時比只用單晶矽更有價值•••。例如◕↟,利用機械效能優異的單晶矽製作感壓膜片◕↟,在其上覆蓋一層介質膜SiO2◕↟,再在SiO2上澱積一層多晶矽壓阻膜•••。這種混合結構的微型壓力感測器◕↟,發揮了單晶矽和多晶矽材料各自的優勢◕↟,其工作高溫至少可達200℃◕↟,甚至300℃;低溫為-60℃•••。 

三•·、矽-藍寶石 

矽-藍寶石材料是透過外延生長技術將矽晶體生長在藍寶石(α-Al2O3)襯底上形成的•••。矽晶體可以認為是藍寶石的延伸部分◕↟,二者構成矽-藍寶石SOS(Silicon On Sapphire)晶片•••。藍寶石材料為絕緣體◕↟,在其上面澱積的每一個電阻◕↟,其電效能是完全獨立的•••。這不僅能消除因PN接面洩漏而產生的漂移◕↟,還能提供很高的應變效應和高溫(≥300℃)環境下的工作穩定性•••。藍寶石材料的遲滯和蠕變小到可以忽略不計的程度◕↟,因而具有極好的重複性;藍寶石又是一種惰性材料◕↟,化學穩定性好◕↟,耐腐蝕◕↟,抗輻射能力強;藍寶石的機械強度高•••。 

綜上所述◕↟,充分利用矽-藍寶石的特點◕↟,可以製作出具有耐高溫•·、耐腐蝕及抗輻射等優越效能的感測器和電路;但要獲得精度高•·、穩定可靠的指標◕↟,還必須解決好整體結構中材料之間的熱匹配性◕↟,否則難以達到預期的目標•••。由於矽-藍寶石材料又脆又硬◕↟,其硬度僅次於金剛石◕↟,製作工藝技術比較複雜•••。 

四•·、化合物半導體材料 

矽是製作微機電器件和裝置的主要材料•••。為了提高器件和系統的效能以及擴大應用範圍◕↟,化合物半導體材料在某些專門技術方面起著重要作用•••。如在紅外光•·、可見光及紫外光波段的成像器和探測器中◕↟,PbSe•·、InAs•·、Hg1-xCdxTe(x代表Cd的百分比)等材料得到日益廣泛的應用•••。 

現以紅外探測器為例加以說明•••。利用紅外幅射與物質作用產生的各種效應發展起來的◕↟,實用的光敏探測器◕↟,主要是針對紅外幅射在大氣傳輸中透射率最為清晰的3個波段(1-3μm◕↟,3-5μm◕↟,8-14μm)研製的•••。對於波長1-3μm敏感的探測器有PbS•·、InAs及Hg0.61Cd0.39Te;對於波長3-5μm敏感的探測器有InAs•·、PbSe及Hg0.73Cd0.27Te;對於波長8-14μm敏感的探險測器則有Pb1-xSnxTe•·、Hg0.8Cd0.2Te及非本徵(摻雜)半導體Ge:Hg,Si:Ga及Si:Al等•••。其中3元合金Hg1-xCdxTe是一種本徵吸收材料◕↟,透過調整材料的組分◕↟,不僅可以製成適合3個波段的器件◕↟,還可以開發更長工作波段(1-30μm)的應用◕↟,因而備受人們的關注•••。 

須指出的是◕↟,上述材料需要在低溫(如77K)下工作•••。因為在室溫下◕↟,由於晶格振動能量與雜質能量的相互作用◕↟,使熱激勵的載流子數增加◕↟,而激發的光子數則明顯減少◕↟,從而降低了波長區的探測靈敏度•••。 

五•·、SiC薄膜材料 

SiC是另一種在特殊環境下使用的化合物半導體•••。它由碳原子和矽原子組成•••。利用離子注入摻雜技術將碳原子注入單晶矽內◕↟,便可獲得優質的立方體結構的SiC•••。隨著摻雜濃度的差異得到的晶體結構不同◕↟,可表示為β-SiC•••。β表示不同形態的晶體結構•••。用離子注入法得到的SiC材料◕↟,自身的物理•·、化學及電學特性優異◕↟,表現出高強度•·、大剛度•·、內部殘餘應力很低•·、化學惰性極強•·、較寬的禁頻寬度(近乎矽的1-2倍)及較高的壓阻係數的特性;因此◕↟,SiC材料能在高溫下耐腐蝕•·、抗輻射◕↟,並具有穩定的電學性質•••。非常適合在高溫•·、惡劣環境下工作的微機電選擇使用•••。 

由於SiC單晶體材料成本高◕↟,硬度大及加工難度大◕↟,所以矽單晶片為襯底的SiC薄膜就成為研究和使用的理想選擇•••。透過離子注入◕↟,化學氣相澱積(VCD)等技術◕↟,將其制在Si襯底上或者絕緣體襯底(SiCOI)上◕↟,供設計者選用•••。例如航空發動機•·、火箭•·、導彈及衛星等耐熱腔體及其表面部位的壓力測量◕↟,便可選用以絕緣體為襯底的SiC薄膜◕↟,作為感壓元件(膜片)◕↟,並製成高溫壓力微感測器◕↟,實現上述場合的壓力測量•••。測壓時的工作溫度可達到600℃以上•••。 

除使用單晶SiC(Single-SiC)薄膜外◕↟,在MEMS的許多應用場合◕↟,還可選用多晶SiC(Poly-SiC)薄膜•••。與單晶SiC薄膜相比◕↟,多晶SiC的適用性更廣•••。它可以在多種襯底(如單晶矽•·、絕緣體•·、SiO2犧牲層及非晶矽等)上◕↟,採用等離子體強化氣相澱積◕↟,物理濺射•·、低壓氣相澱積及電子束放射等技術生長成薄膜◕↟,供不同場合選擇使用•••。 

總之◕↟,SiC是一種具有優良性質的材料◕↟,具有寬頻隙•·、高擊穿場強•·、高熱導率•·、高電子飽和速度及優良的力學和化學效能•••。這些特性使SiC材料適合製造高溫•·、高功率及高頻率電子器件時選用;也適合製造高溫半導體壓力感測器時選用•••。 

在线客服
- 銷售一
  • 點選這裡給我發訊息
- 銷售二
  • 點選這裡給我發訊息
- 銷售三
  • 點選這裡給我發訊息
- 銷售四
  • 點選這裡給我發訊息
技术支持│·☁: 建站ABC | 管理登录
返回頂部
暖暖 日本 视频 在线观看免费,japanese高清xxxx,艳鉧动漫1~6动漫无修在线观看,久久久久久精品免费免费直播