高性能薄膜壓力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種壓力傳感器，尤其涉及一種用半導(dǎo)體壓力敏感材料制造的高性能薄膜壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]薄膜壓力傳感器是一種性能優(yōu)良的壓力傳感器，它是隨著薄膜技術(shù)發(fā)展而誕生的一種新型傳感器。由于薄膜壓力傳感器采用真空薄膜制備技術(shù)，使其具有綜合精度高、工作溫度范圍寬、穩(wěn)定性好、抗震動(dòng)、耐腐蝕等優(yōu)良特點(diǎn)，在武器裝備、航空航天、石油化工、核工業(yè)、冶金等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0003]目前，薄膜壓力傳感器的敏感電阻主要采用鎳鉻合金材料、氮化鉭材料或者半導(dǎo)體納米硅材料。由于鎳鉻合金應(yīng)變因子低于2.5，氮化鉭材料應(yīng)變因子約3.5，采用這類應(yīng)變材料制造的壓力傳感器靈敏度不高。采用半導(dǎo)體納米硅材料制造壓力傳感器，雖然靈敏度提高，但硅材料的溫度漂移較大，制成壓力傳感器后其溫度性能不好，這樣就限制了這類壓力傳感器在惡劣環(huán)境下使用。開(kāi)發(fā)靈敏度高且溫度漂移小的高性能壓力傳感器極其重要。
[0004]采用砷化鎵、硫化釤、氮化鎵為敏感材料制造的薄膜壓力傳感器能解決上述存在的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種采用砷化鎵、硫化釤、氮化鎵為敏感材料制造的高性能薄膜壓力傳感器，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決薄膜壓力傳感器靈敏度不高且溫度漂移大的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)在惡劣環(huán)境下對(duì)壓力的精確測(cè)量。
[0006]為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種高性能薄膜壓力傳感器，其特征在于，包括一個(gè)圓形金屬?gòu)椥泽w，所述圓形金屬?gòu)椥泽w上采用真空鍍膜的方法依次制備有絕緣膜、應(yīng)變電阻、引線焊盤和保護(hù)膜；所述應(yīng)變電阻采用砷化鎵、硫化釤、氮化鎵中的一種制備成薄膜，通過(guò)光刻工藝形成四個(gè)敏感電阻在所述圓形金屬?gòu)椥泽w上按中心軸對(duì)稱分布構(gòu)成惠斯通電橋電路。
[0007]所述圓形金屬?gòu)椥泽w采用不銹鋼材料或金屬鈦材料通過(guò)機(jī)械加工呈倒“U”型。
[0008]所述絕緣膜是由二氧化硅、三氧化二鋁、碳化硅、氮化硅中的一種或多種制備而成。
[0009]所述砷化鎵、硫化釤、氮化鎵中加入質(zhì)量百分比小于5%的硅、硫、一種或多種稀土元素，降低電阻溫度系數(shù)，提高電阻溫度穩(wěn)定性。
[0010]所述稀土元素包括釔、鑭、鈰、鐠、釹中的一種或多種。
[0011]所述引線焊盤是由金或者鋁鈷合金制備成薄膜，通過(guò)光刻工藝制造成四個(gè)焊盤。
[0012]所述保護(hù)膜是由二氧化硅制成的。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所具有的有益效果為:由于敏感材料采用了砷化鎵、硫化釤、氮化鎵中的一種，應(yīng)變因子大于10，提高了傳感器的靈敏度。同時(shí)在敏感材料中加入質(zhì)量百分比小于5%的硅、硫、以及稀土釔、鑭、鈰、鐠、釹中的一種或多種，降低電阻溫度系數(shù)，提高溫度穩(wěn)定性，使其電阻溫度系數(shù)(TCR)不大于±0.001% FS/°C。傳感器的靈敏度和電阻溫度系數(shù)均優(yōu)于同類產(chǎn)品，同時(shí)保留了薄膜壓力傳感器的其它優(yōu)良性能。
[0014]本實(shí)用新型的高性能薄膜壓力傳感器的主要性能指標(biāo)如下:
[0015]測(cè)量范圍:0.I?300MPa綜合精度:0.05?0.2級(jí)
[0016]介質(zhì)溫度范圍:-250°C?300°C 靈敏度:多10mV/V
[0017]零點(diǎn)溫度漂移±0.001% FS/0C 長(zhǎng)期穩(wěn)定性±0.1% FS/年
[0018]本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有薄膜壓力傳感器靈敏度不高，溫度性能不好，不適應(yīng)惡劣環(huán)境下對(duì)壓力進(jìn)行精確測(cè)量的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型的高性能薄膜壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為本實(shí)用新型的高性能薄膜壓力傳感器的應(yīng)變電阻布置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1、2所示，本實(shí)用新型的高性能薄膜壓力傳感器，包括一個(gè)圓形金屬?gòu)椥泽w1，所述圓形金屬?gòu)椥泽wI采用不銹鋼材料或金屬鈦材料通過(guò)機(jī)械加工呈倒“U”型。所述圓形金屬?gòu)椥泽wI杯底外表面通過(guò)機(jī)械研磨拋光，使其表面粗糙度達(dá)到Ra ( 50nm，采用真空鍍膜的方法在經(jīng)研磨拋光的表面上使用二氧化硅、三氧化二鋁、碳化硅、氮化硅中的一種或多種制備絕緣膜3。
[0022]在所述絕緣膜3上采用真空鍍膜的方法使用砷化鎵、硫化釤、氮化鎵中的一種制備所述的應(yīng)變電阻4。砷化鎵、硫化釤、氮化鎵充當(dāng)靶材，這此材料具有很好的壓敏特性，并且應(yīng)變因子比鎳鉻合金材料和氮化鉭材料大，達(dá)到10，這樣提高傳感器的靈敏度，進(jìn)而提高傳感器的抗干擾能力。
[0023]在制作所述的砷化鎵、硫化釤、氮化鎵靶材時(shí)，加入質(zhì)量百分比小于5%的硅、硫、以及稀土釔(Y)、鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)中的一種或多種，目的是降低電阻溫度系數(shù)，提高溫度穩(wěn)定性，使其電阻溫度系數(shù)(TCR)不大于±0.001% FS/°C，傳感器能很好地適應(yīng)超高溫、超低溫介質(zhì)環(huán)境以及介質(zhì)溫度變化大的場(chǎng)合。
[0024]所述應(yīng)變電阻4的薄膜制備好后，通過(guò)光刻工藝形成四個(gè)敏感電阻，在所述圓形金屬?gòu)椥泽wI的絕緣膜3上按中心軸對(duì)稱分布構(gòu)成惠斯通電橋電路，其中所述惠斯通電橋電路中的二個(gè)內(nèi)電阻分布在所述圓形金屬?gòu)椥泽wI的受力變形部位2的外表面中心位置；所述惠斯通電橋電路中的二個(gè)外電阻分布在所述圓形金屬?gòu)椥泽wI的受力變形部位2的外表面邊沿位置。當(dāng)所述圓形金屬?gòu)椥泽wI受力時(shí)，所述受力變形部位2產(chǎn)生形變，其形變通過(guò)所述絕緣膜3傳遞到所述應(yīng)變電阻4，使所述應(yīng)變電阻4的惠斯通電橋電阻值發(fā)生變化，它能輸出與所受壓力成比例的電信號(hào)，通過(guò)測(cè)量該電信號(hào)可以得到對(duì)應(yīng)壓力值。
[0025]本實(shí)用新型專利中，所述引線焊盤5采用真空鍍膜的方法由金制備成薄膜，或者采用鋁鈷合金制備成薄膜，通過(guò)光刻工藝形成。通過(guò)所述引線焊盤5把所述圓形金屬?gòu)椥泽wI受力引起所述應(yīng)變電阻4的惠斯通電橋電阻值變化而產(chǎn)生的電信號(hào)引出，同時(shí)也能接入所述惠斯通電橋的工作電源。
[0026]本實(shí)用新型專利中，所述保護(hù)膜6采用真空鍍膜的方法由二氧化硅制備成薄膜，通過(guò)光刻工藝將所述引線焊盤5露出，其余部分保留，這樣所述保護(hù)膜6能阻擋空氣中的氧和水汽對(duì)傳感器的侵蝕，提高傳感器的可靠性和穩(wěn)定性。
[0027]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式，不應(yīng)被視為對(duì)本實(shí)用新型范圍的限制，而且本實(shí)用新型所主張的權(quán)利要求范圍并不局限于此，凡熟悉此領(lǐng)域技藝的人士，依照本實(shí)用新型所披露的技術(shù)內(nèi)容，可輕易思及的等效變化，均應(yīng)落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高性能薄膜壓力傳感器，其特征在于，包括一個(gè)圓形金屬?gòu)椥泽w(I)，所述圓形金屬?gòu)椥泽w(I)上采用真空鍍膜的方法依次制備有絕緣膜(3)、應(yīng)變電阻(4)、引線焊盤(5)和保護(hù)膜出)；所述應(yīng)變電阻(4)采用砷化鎵、硫化釤、氮化鎵中的一種制備成薄膜，通過(guò)光刻工藝形成四個(gè)敏感電阻在所述圓形金屬?gòu)椥泽w(I)上按中心軸對(duì)稱分布構(gòu)成惠斯通電橋電路。2.如權(quán)利要求1所述的高性能薄膜壓力傳感器，其特征在于，所述圓形金屬?gòu)椥泽w(I)采用不銹鋼材料或金屬鈦材料通過(guò)機(jī)械加工呈倒“U”型。3.如權(quán)利要求1所述的高性能薄膜壓力傳感器，其特征在于，所述絕緣膜(3)是由二氧化硅、三氧化二鋁、碳化硅、氮化硅中的一種或多種制備而成。4.如權(quán)利要求1所述的高性能薄膜壓力傳感器，其特征在于，所述砷化鎵、硫化釤、氮化鎵中加入質(zhì)量百分比小于5%的硅、硫、一種或多種稀土元素，降低電阻溫度系數(shù)，提高電阻溫度穩(wěn)定性。5.如權(quán)利要求4所述的高性能薄膜壓力傳感器，其特征在于，所述稀土元素包括釔、鑭、鈰、鐠、釹中的一種或多種。6.如權(quán)利要求1所述的高性能薄膜壓力傳感器，其特征在于，所述引線焊盤(5)是由金或者鋁鈷合金制備成薄膜，通過(guò)光刻工藝制造成四個(gè)焊盤。7.如權(quán)利要求1所述的高性能薄膜壓力傳感器，其特征在于，所述保護(hù)膜(6)是由二氧化硅制成的。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種高性能薄膜壓力傳感器，包括一個(gè)圓形金屬?gòu)椥泽w，所述圓形金屬?gòu)椥泽w上采用真空鍍膜的方法依次制備有絕緣膜、應(yīng)變電阻、引線焊盤和保護(hù)膜；所述應(yīng)變電阻采用砷化鎵、硫化釤、氮化鎵中的一種制備成薄膜，通過(guò)光刻工藝形成四個(gè)敏感電阻在所述圓形金屬?gòu)椥泽w上按中心軸對(duì)稱分布構(gòu)成惠斯通電橋電路。所述砷化鎵、硫化釤、氮化鎵中加入質(zhì)量百分比小于5％的硅、硫、以及一種或多種稀土元素，降低電阻溫度系數(shù)，提高電阻溫度穩(wěn)定性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于敏感材料應(yīng)變因子大于10，提高了傳感器的靈敏度，同時(shí)又減小了電阻溫度系數(shù)。傳感器的靈敏度和電阻溫度系數(shù)均優(yōu)于同類產(chǎn)品，同時(shí)保留了薄膜壓力傳感器的其它優(yōu)良性能。
【IPC分類】G01L9/04, G01L19/04
【公開(kāi)號(hào)】CN204944731
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520619296
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請(qǐng)人】熊輝
【公開(kāi)日】2016年1月6日
【申請(qǐng)日】2015年8月18日