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什么是单晶硅压力传感器?它比其他压力传感器的优势在哪?2021-02-02

我们在前面文章介绍多关于压力传感器的一些知识,从压力传感器的应用场景来看,大家就会领会到压力传感器的工作原理,随着科技的进步,各种技术和材料应用而生,随之出现了很多类型,我们下面就要说的就是其中一个-单晶硅压力传感器,因为其优良的性能和稳定性被市场认可度较高。
 
早在本世界30年代就单晶硅压阻效应就被科学家发现,直到本50年代硅压阻效应才有详细的理论体系。那么什么是硅压阻效应呢?简单来讲就是流体静压力对金属多晶的电阻有影响。

原理图1
 
硅传感器的敏感元件是将p型杂质扩散到n型硅片上,形成非常薄的导电p型层。铅丝被焊接成“硅应变片”。它的电气性能是制作一个全动态压阻式惠斯通电桥。压阻式惠斯通电桥与弹性元件(即n型硅衬底)结合在一起。介质压力通过密封硅油传递到硅膜片的正腔侧,并与介质作用于负腔侧形成压差。由于它们的共同作用,横隔膜的一侧被压缩,另一侧被拉伸。压力差使电桥不平衡,并输出对应于压力变化的信号。该电路对惠斯通电桥的输出信号进行处理,产生与压力变化呈线性关系的4-20mADC标准信号输出。
 
硅膜片(弹性元件)在正负腔体压差作用下变形弯曲,当压差P小于硅膜片所要求的应力比极限σP时,可以重新弯曲;当压差P超过硅膜片所要求的应力比极限σP时,材料将达到屈服阶段甚至强化阶段。此时,去除压差后硅膜片无法恢复到原来位置,造成不可逆的测量偏差;当压差P达到或超过硅膜片所要求的应力比极限σP时,材料将在最大应力σB后进入屈服阶段甚至强化阶段,硅膜片断裂,直接导致传感器损坏。通过阻止或削弱外界的过载压差P直接传递到测量硅膜片上,就能有效保护传感器的测量精度和寿命。

原理图1
 
中国是继日本在单晶硅压力传感器上研究最早的,这就注定,中国未来的市场在单晶硅。单晶硅压力传感器工艺的成熟与电子集成电路工艺技术的成熟是分不开的,两者需要密切的结合才能达到完美的效果。近年来,科米洛通过大量的实验研制出了一套高效的温度补偿方案,通过这种温度补偿大大降低了半导体受温度影响而带来的温漂,这一技术的突破只是单晶硅传感器走向市场的第一步,但也是最关键的一步。