压力传感器芯体材质采用单晶硅的优势
- 来源：宏浩机械·德国瑞科
- 2019/5/6 11:37:50
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硅在集成电路和微电子器件生产中有着广泛的应用，主要是利用硅的电学特性；在MEMS微机械结构中，则是利用其机械特性，继而产生新一代的硅机电器件和装置。硅材料储量丰富，成本低。硅晶体生长容易，并存在超纯无杂的材质，不纯度在十亿分这一的量级，因而本身的内耗小，机械品质因数可高达10^6数量级。设计得当的微活动结构，如微传感器，能达到极小的迟滞和蠕变、的重复性和长期稳定性以及高可靠性。所以用硅材制作硅压阻压力传感器，有利于解决长困扰传感器领域的3个难题——迟滞、重复性及长期漂移。
硅材料密度为2.33g/cm^2，是不锈钢密度的1/3.5，而弯曲强度却为不锈钢的3.5倍，具有较高的强度/密度比和较高的刚度/密度比。单晶硅具有很好的热导性，是不锈钢的5倍，而热膨胀系数则不到不锈钢的1/7，能很好地和低膨胀Invar合金连接，并避免热应力产生。单晶硅为立方晶体，是各向异性材料。许多机械特性和电子特性取决于晶向，如弹性模量和压阻效应等。
单晶硅的电阻应变灵敏系数高。在同样的输入下，可以得到比金属应变计更高的信号输出，一般为金属的10-100倍，能在10^-6级甚至10^-8级上敏感输入信号。硅材料的制造工艺与集成电路工艺有很好的兼容性，便于微型化、集成化及批量生产。硅可以用许多材料覆盖，如氮化硅，因而能获得优异的防腐介质的保护。具有较好的耐磨性。
综上所述，硅材料的优点可归为：优异的机械特性；便于批量微机械结构和微机电元件；与微电子集成电路工艺兼容；微机械和微电子线路便于集成。
正是这些优点，使硅材料成为制造微机电和微机械结构主要的优选材料。但是，硅材料对温度极为敏感，其电阻温度系统接近于2000×10^-6/K的量级。因此，凡是基于硅的压阻效应为测量原理的传感器，必须进行温度补偿，这是不利的一面；而可利用的一面则是，在测量其他参数的同时，可以直接对温度进行测量。
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