Trong những năm gần đây, công nghệ cảm biến của đất nước tôi đang phát triển nhanh chóng và các lĩnh vực ứng dụng của nó cũng đang mở rộng. Là loại công nghệ đo lường hiện đại trưởng thành nhất, các công nghệ mới, vật liệu mới và các quy trình mới liên tục xuất hiện trong lĩnh vực cảm biến áp lực.
Cảm biến áp suất là một thiết bị được sử dụng để phát hiện tín hiệu áp suất và chuyển đổi chúng thành tín hiệu điện theo các quy tắc nhất định. Nó được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sản xuất, công nghiệp và hàng không vũ trụ khác nhau. Với sự phân chia các trường ứng dụng, đo áp suất trong môi trường nhiệt độ cao và khắc nghiệt như giếng dầu nhiệt độ cao và các khoang động cơ khác nhau ngày càng trở nên quan trọng hơn, trong khi các vật liệu được sử dụng trong cảm biến áp suất thông thường. ° C) sẽ thất bại, dẫn đến thất bại đo áp suất. Do đó, cảm biến áp suất nhiệt độ cao trở thành một hướng nghiên cứu rất quan trọng.
Phân loại cảm biến áp suất nhiệt độ cao
Theo các vật liệu khác nhau được sử dụng, các cảm biến áp suất nhiệt độ cao có thể được chia thành các cảm biến áp suất nhiệt độ cao polysilicon (poly-si), cảm biến áp suất nhiệt độ cao SIC, SOI (Silicon trên chất cách điện) Các cảm biến áp suất nhiệt độ cao SOI rất lý tưởng. Sau đây chủ yếu giới thiệu cảm biến áp suất nhiệt độ cao SOI.
Cảm biến áp suất nhiệt độ cao soi
Sự phát triển của các cảm biến áp suất nhiệt độ cao SOI chủ yếu phụ thuộc vào sự gia tăng của vật liệu SOI. và cải thiện độ tin cậy của thiết bị. Ngoài ra, do các đặc tính nhiệt độ cao của lớp thiết bị SOI, nó trở thành một vật liệu lý tưởng để chuẩn bị cảm biến áp suất nhiệt độ cao.
Hiện tại, các cảm biến áp suất nhiệt độ cao SOI đã được phát triển thành công ở nước ngoài và nhiệt độ làm việc là -55 ~ 480 ° C; cảm biến áp suất nhiệt độ cao SOI -55 ~ 500 ° C được phát triển bởi Trung tâm công nghệ cảm biến nâng cao Goodrich ở Hoa Kỳ; Cảm biến áp lực nhiệt độ cao SOI được phát triển bởi Viện LETI Pháp cũng có nhiệt độ làm việc hơn 400 ° C.Domestic Viện nghiên cứu cũng đang tích cực thực hiện nghiên cứu về các cảm biến áp suất cao SOI, như Đại học Xi'an Jiaotong, Đại học Tianjin và Đại học Bắc Kinh. Ngoài ra, Viện nghiên cứu công nghệ tiên tiến trong tương lai Fatri cũng đang thực hiện công việc nghiên cứu liên quan và dự án hiện tại đã bước vào giai đoạn trình diễn.
Nguyên tắc làm việc của cảm biến áp suất nhiệt độ cao SOI
Về nguyên tắc, cảm biến áp suất nhiệt độ cao SOI chủ yếu sử dụng hiệu ứng piezoresistive của silicon tinh thể đơn. Khi một lực tác động lên tinh thể silicon, mạng tinh thể bị biến dạng, điều này dẫn đến sự thay đổi của các chất mang. Lớp thiết bị để tạo thành một cây cầu Wheatstone như trong Hình 2 (a); Một khoang trở lại áp suất được khắc trên lớp nền SOI để tạo thành một cấu trúc nhạy cảm với áp suất.
Hình 2 (a) Cầu Wheatstone
Khi cấu trúc nhạy cảm với áp suất chịu áp suất không khí, điện trở của Piezoresistor thay đổi, từ đó làm cho Vout điện áp đầu ra thay đổi và giá trị áp suất được đo thông qua mối quan hệ giữa giá trị điện áp đầu ra và giá trị điện trở của piezoresistor.
Quá trình chế tạo cảm biến áp suất nhiệt độ cao SOI
Quá trình chuẩn bị cảm biến áp suất nhiệt độ cao SOI bao gồm nhiều quá trình MEMS. Một số bước chính được giới thiệu ngắn gọn ở đây để hiểu quá trình của cảm biến, chủ yếu bao gồm chuẩn bị Piezoresistor, chuẩn bị chì kim loại, chuẩn bị phim nhạy cảm với áp suất và đóng gói buồng áp lực.
Chìa khóa để chuẩn bị các biến thể nằm trong việc kiểm soát nồng độ pha tạp và tối ưu hóa quá trình đúc khắc tiếp theo; Lớp chì kim loại chủ yếu đóng vai trò là kết nối của cầu Wheatstone; Việc chuẩn bị màng nhạy cảm với áp suất chủ yếu dựa vào quá trình khắc silicon sâu; Bao bì của khoang thường thay đổi tùy thuộc vào ứng dụng của cảm biến áp suất,
Do các cảm biến áp suất nhiệt độ cao hiện tại không thể đáp ứng các yêu cầu đo áp suất của các môi trường khắc nghiệt đặc biệt như giếng dầu nhiệt độ cao và động cơ aero, nghiên cứu trong tương lai về các cảm biến áp suất nhiệt độ cao đã trở nên không thể tránh khỏi. Nghiên cứu trong tương lai về các cảm biến áp suất nhiệt độ cao SOI nên tập trung vào việc giải quyết sự ổn định lâu dài và các vấn đề tự làm nóng của các cảm biến trong môi trường khắc nghiệt ở nhiệt độ cao và cải thiện độ chính xác của các cảm biến áp suất. diện mạo.
Tất nhiên, sự ra đời của kỷ nguyên thông minh cũng đòi hỏi các cảm biến áp lực nhiệt độ cao SOI kết hợp với các công nghệ đa ngành khác để mang lại các chức năng thông minh hơn như tự bù, tự hiệu chuẩn và lưu trữ thông tin cho cảm biến, để hoàn thành tốt hơn nhiệm vụ cảm nhận áp lực môi trường cao. .
Thời gian đăng: Tháng 2-13-2023