图⽚来⾃电⼦技术应⽤⽹
引⽂
在压⼒传感器那点⼉事（3）中，我们对MEMS压⼒传感器的⼯艺和原理进⾏了阐述，本部分将继续对MEMS的不同材料和相应特点进⾏说明。 技术背景
微电⼦机械系统（MEMS）领域是上个世纪90年代发展最迅猛的技术领域之⼀。MEMS器件中每个材料的特性都影响着器件的性能，如果想要对MEMS有全⾯的了解，就必须对构成器件的材料进⾏了解。通常，加⼯⼀个MEMS器件需要经过在衬底上⽣长结构层、牺牲层、掩膜层等多步⼯序，因此，与加⼯⼯序相关的刻蚀选择⽐、材料粘附性、微结构性质等就成为了设计过程必须考虑的因素。MEMS器件由多种材料构成，⽽且每种材料都在MEMS中发挥着不可替代的作⽤。
MEMS中所使⽤的硅基材料（属于⼴义上的陶瓷材料）主要有如下⼏类：
扩散硅：在⼀单晶硅⽚上外延⼀层单晶硅，厚度为传感器需要的膜厚，在此层上通过扩散或者离⼦注⼊贝克曼梁
锁接头制作惠斯顿应变桥，应变桥采⽤P型扩散电阻，应变膜是N型硅衬底，两者之间是⾃然的PN结隔离。此类产品致命缺陷是当⼯作温度超过120℃，应变电阻和衬底间的PN结漏电加剧，使传感器特性严重劣化以⾄于失效，因此⽆法在⾼温下测量。此类型的变压器属于出现较早也是⾮常常见的的传感器类型，很多时候和钢⽚⽤玻璃融合的形式形成压⼒传感器硅应变⽚。 玻璃加工工艺
图1. 扩散型压⼒传感器
SOS蓝宝⽯压⼒传感器：是较早提出的应变式压⼒传感器，通过在作为弹性体的蓝宝⽯上异质外延⽣长单晶硅膜，采⽤半导体平⾯⼯艺制作硅应变电桥。该⼯艺具有⾼度化学稳定性，也抗腐蚀，但是价格很⾼，制作⼯艺难度⼤，同时硅膜和蓝宝⽯的晶格失配⼤，存在较⼤的失配应⼒，长期稳定性难以保证，所以该⼯艺基本⽆进展。
多晶硅：多晶硅结构如图所⽰，采⽤掺杂多晶硅膜作为应变电阻，构成惠斯顿电桥，分布在单晶硅膜的不同区域，以期得到最⼤的应变。
多晶硅压⼒传感器以SiO2介质隔离替代PN结隔离，减⼩了器件在⾼温下的漏电，从⽽提⾼了传感器的⼯作温度。多晶硅⼯艺成熟，易于批量制作，成本低廉。⽬前量程可达到6Mpa, ⼯作温度-40~220℃。
多晶硅膜和单晶硅膜的电学特性不同，最根本区别在于电阻率和电阻温度系数。多晶膜具有更⾼的电阻率，电阻温度系数TCR随掺杂浓度的⼤⼩为正、负或零。⽽单晶硅电阻系数在不同掺杂浓度下保持相对稳定值。
联络柜图2-1
图2. 多晶硅压⼒传感器
SOI(Silicon on Insulator)单晶硅：是新兴的半导体材料，具有⾃隔离、体漏电⼩、寄⽣电容⼩等特点，最早应⽤于⼤功率半导体器件。SOI材料的特殊结构使之成为传感器的理想材料。SOI单晶硅压⼒传感器的机构与多晶硅压⼒传感器相似，主要区别在于采⽤单晶硅薄膜制作惠斯顿电桥的四个应变电阻。除了保持多晶硅压⼒传感器的优点外，有以下优点：
1. 由于单晶硅材料有更⼤的压阻系数（同等掺杂浓度下，多晶硅的压阻系数只有单晶硅的60%~79%），并且可以通过优化设计，进⼀步提⾼传感器的灵敏度。
2. 由于硅⽚和SiO2是直接键和，接触⾯匹配，没有其他过渡层，避免了附加应⼒的产⽣，提⾼了传感器的电学和⼒学特性。
3. 由于单晶硅材料具有相同⾼的纵向和横向灵敏度因⼦，这有利于设计优良的压阻电桥，保证传感器有最⼤的输出。校正死亡率
4. 此外SOI材料是制作⾼温、⾼速、抗辐射等特殊IC的基本材料。SOI单晶硅压⼒传感器⼯艺也是标准的集成半导体平⾯⼯艺，可以实现⼯作于恶劣环境的单⽚智能测压系统。SOI MEMS 现在已成为MEMS的主要研究⽅向之⼀。
SiC材料：是第三代直接跃迁型宽禁带的半导体材料。它的宽禁带结构、⾼击穿电压（约2.5mV/Cm）和较⾼热导率等特点，使其具有良好的抗辐射和⾼温稳定性，同时可以⽤来制作⾼温器件。SiC还具有良好的机械性能、优异的化学稳定性以及较⼤的压阻系数，所以可以⽤来制作压⼒传感器。⽬前SiC肖特基⼆极管最⾼⼯作温度可达500℃。
性能对⽐总结：
电动卷帘门结构图MEMS压⼒传感器的应⽤
MEMS压⼒传感器⼴泛应⽤于汽车电⼦、消费类、通讯⼯业等领域，汽车电⼦如TPMS、安全⽓囊、ESP汽车电⼦稳定系统、ADAS汽车安全辅助系统、全⾃动驾驶、汽车发动机进⽓歧管绝对压⼒传感 器（TMAP）等。消费通讯电⼦如智能⼿机、游戏机、⾎压计、健康秤、穿戴设备、吸尘器等。⼯业电⼦如数字压⼒表、数字流量表等。
