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从单晶硅和扩散硅看压力变送器未来发展方向!2021-02-24

单晶硅在新材料研发中比较常见,它是经过从石英砂采集到制成冶金级硅,再到经过提纯和精炼沉积成多晶硅锭,最后到形成单晶硅和硅片切割而得来的。从上面的提纯过程可以看出,虽然硅在自然中比较常见,但是由于制造技术的苛刻,得到应用于工业测量的单晶硅压力传感器芯片并不容易。
 
之前我们讲过压力变送器是由压力传感器将输出信号转变成标准型号而来,这里需要讲的就是单晶硅和扩散硅的不同。扩散硅其实也是一种单晶硅,它是将单晶硅中混入少了杂质而成,这样一来就可以改变电学性质和电阻率数值。

单晶硅
 
以上就是两者在材质上的不同,而单晶硅压力变送器和扩散硅压力变送器最大的不同是其在制作工艺上的区别。
 
单晶硅压力变送器分为谐振型和压阻型。在谐振模式下,利用MEMS技术在单晶硅芯片表面的中心和边缘制作了两个形状、尺寸和材料相同的H型谐振梁。谐振光束在自激振荡电路中进行高频振荡。当单晶硅片上下表面的压力不相等时,会发生变形,导致中心谐振梁的频率因压缩力而降低,边缘谐振梁的频率因拉力而增加。两频差信号直接送入CPU进行数据处理,再经D/A转换为4-20 mA输出信号,在通信过程中,将脑或HART数字信号叠加,直接输出符合现场总线Foundation TM标准的数字信号。

芯片
 
压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应构成的。以硅片为弹性元件,利用硅片上的集成电路技术,在硅片的特定方向扩散一组等效电阻。电阻连接到桥接电路中,硅片放置在传感器腔体中。当压力变化时,单晶硅产生应变,使单晶硅上直接扩散的应变电阻产生与被测压力成正比的变化,然后由电桥电路得到相应的电压输出信号。扩散硅压力传感器采用先进的离子注入技术和微机械加工技术,由单晶硅制成。它具有惠斯通电桥和精密机械结构,已成为硅敏元件。测量的压力通过压力界面作用于硅敏元件。传感器的温度性能由激光修饰的厚膜电阻网络补偿。
 
随着技术的发展,单晶硅在压力测控方面的应用将会越来越广泛,或者将随着光刻机技术的推进,单晶硅芯片在体积上达到无比的微小,或者因为开发难度越来越大,市场不得不重新考虑其他的材质作为传感器生产替代品。