专利名称：纳米硅薄膜压力传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种压力传感器，尤其涉及一种采用半导体材料硅制作的纳米硅薄膜压力传感器。
背景技术：
现有应变式薄膜压力传感器是采用金属体材制成的金属薄膜压力传感器，如图1所示。这种金属应变式薄膜压力传感器的主要缺点是:1.采用金属薄膜材料制作薄膜应变计，由于金属材料固有的低应变系数的缺点，以致制成的传感器的灵敏度很低。2.在弹性体园杯表面上需要沉积SiO2绝缘隔离层。但该工艺技术复杂、工艺周期长、苛刻的技术要求，导致成品率降低。3.引压嘴与敏感元件的弹性膜片5需要焊接或采用密封圈密封构成压力腔I。压力腔I上的焊缝2或密封圈增多将增加传感器泄漏的机率，降低了传感器的可靠性和稳定性。
发明内容本实用新型的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种纳米硅薄膜压力传感器，灵敏度高、稳定性好。本实用新型的技术方案为，一种纳米硅薄膜压力传感器，包括前端设有引压嘴的压力腔、一端固定到压力腔后部的外罩和置于压力腔后端的弹性膜片，所述外罩与压力腔之间形成密封腔体，并在外罩上设有航空插头；压力腔后端面作为弹性膜片，并在压力腔后端面安装由纳米硅应变材料制成的4个纳米硅薄膜应变电阻，所述4个纳米硅薄膜应变电阻按压力腔中心轴对称分布构成惠斯登电桥，该惠斯登电桥的输入端与压力腔后端面连接，而惠斯登电桥的输出端与置于密封腔体内的输入输出�？榈氖淙攵肆樱鍪淙胧涑瞿？榈氖涑龆肆拥酵庹值暮娇詹逋飞希凰瞿擅坠璞∧びΡ涞缱栌胙沽η缓蠖嗣嬷渖栌芯挡悖谀擅坠璞∧びΡ涞缱柰獠喔灿斜；げ�。所述输入输出�？橐来伟谝甙�、电路元件板和外引线板，该模块输出是经温度补偿修正后的电信号。所述绝缘层为SiO2薄膜或Si3N4薄膜，可谓熔融玻璃。所述保护层为SiO2薄膜，形成钝化层。当被测介质(液体、气体)的压力通过在压力腔前端引压嘴进入压力腔内，作用在压力腔后端面，即弹性膜片上；弹性膜片上的纳米硅应变电阻因受压而发生形变，构成惠斯登电桥的四个电阻阻值发生变化，导致电桥失去平衡，从而输出与压力成正比例的电信号，通过输入输出�？榈闹悄芪露炔钩ィ愕闶涑霾钩ズ螅偻ü？槭涑龆肆拥酵庹稚系暮娇战油肥涑觯佣迪至搜沽Σ饬�。本实用新型最终可实现:采用半导体材料硅制作纳米硅薄膜压力传感器，由于纳米硅薄膜电阻应变系数为η + μ ε (微应变)到100 μ ε (微应变)，纳米硅薄膜压力传感器的输出灵敏度大幅提高，比现有技术的采用金属薄膜应变计的薄膜压力传感器的灵敏度高1-2个数量级。导致独立传感器及其它与灵敏度有关的技术性能大幅提高。传感器精度高(0.05%FS-0.10%FS),长期稳定性好(0.10%FS/ 年)、工作稳定范围宽(_40°C - +250°C )、动态特征好、耐频繁脉冲冲击、抗振动、抗电磁辐射、可靠性高等优良性能。同时传感器结构�？榛蚧松ひ眨善仿侍岣�、降低成本。适于大批量生产。
图1为背景技术中现有压力传感器的结构示意图；图2为本实用新型所述压力传感器的结构示意图；图3为纳米硅薄膜应变电阻与压力腔的连接结构示意图；图4为4个纳米硅薄膜应变电阻构成惠斯登电桥的示意图。
具体实施方式
如图2所示，一种纳米硅薄膜压力传感器，包括前端设有引压嘴3的压力腔1、一端固定到压力腔I后部的外罩4和置于压力腔I后端的弹性膜片5，外罩4与压力腔I之间形成密封腔体12，并在外罩4上设有航空插头13 ;压力腔I后端面作为弹性膜片5，并在压力腔I后端面安装由纳米硅应变材料制成的4个纳米硅薄膜应变电阻10，如图4所示，4个纳米硅薄膜应变电阻RpHR4按压力腔I中心轴对称分布构成惠斯登电桥，电阻上的箭头方向，表示四个电阻受压力作用随电阻增加减少的趋向，a、b为输入端，c、d为输出端，该惠斯登电桥的输入端与压力腔I后端面连接，而惠斯登电桥的输出端与置于密封腔体12内的输入输出�？榈氖淙攵肆樱鍪淙胧涑瞿？榈氖涑龆肆拥酵庹�4的航空插头13上；如图3所示，纳米硅薄膜应变电阻10与压力腔I后端面之间设有绝缘层9，而在纳米硅薄膜应变电阻10外侧覆有保护层11。
输入输出�？橐来伟谝甙�6、电路元件板7和外引线板8。绝缘层9为SiO2薄膜或Si3N4薄膜。保护层11为SiO2薄膜。
权利要求1.一种纳米硅薄膜压力传感器，包括前端设有引压嘴(3)的压力腔(I)、一端固定到压力腔(I)后部的外罩(4)和置于压力腔(I)后端的弹性膜片(5)，其特征是，所述外罩(4)与压力腔(I)之间形成密封腔体(12)，并在外罩(4)上设有航空插头(13);压力腔(I)后端面作为弹性膜片(5)，并在压力腔(I)后端面安装由纳米硅应变材料制成的4个纳米硅薄膜应变电阻(10)，所述4个纳米硅薄膜应变电阻(10)按压力腔(I)中心轴对称分布构成惠斯登电桥，该惠斯登电桥的输入端与压力腔(I)后端面连接，而惠斯登电桥的输出端与置于密封腔体(12)内的输入输出�？榈氖淙攵肆樱鍪淙胧涑瞿？榈氖涑龆肆拥酵庹�(4)的航空插头(13)上；所述纳米硅薄膜应变电阻(10)与压力腔(I)后端面之间设有绝缘层(9),而在纳米硅薄膜应变电阻(10)外侧覆有保护层(11)。
2.根据权利要求1所述纳米硅薄膜压力传感器，其特征是，所述输入输出�？橐来伟谝甙�(6)、电路元件板(7)和外引线板(8)。
3.根据权利要求1或2所述纳米硅薄膜压力传感器，其特征是，所述绝缘层(9)为SiO2薄膜或Si3N4薄膜。
4.根据权利要求1或2所述纳米硅薄膜压力传感器，其特征是，所述保护层(11)为SiO2薄膜。
专利摘要本实用新型涉及一种压力传感器，尤其涉及一种采用半导体材料硅制作的纳米硅薄膜压力传感器，将压力腔后端面作为弹性膜片，并在压力腔后端面安装由纳米硅应变材料制成的4个纳米硅薄膜应变电阻，4个纳米硅薄膜应变电阻按压力腔中心轴对称分布构成惠斯登电桥。采用半导体材料硅制作纳米硅薄膜压力传感器，由于纳米硅薄膜电阻应变系数为n+με(微应变)到100με(微应变)，纳米硅薄膜压力传感器的输出灵敏度大幅提高，比现有技术的采用金属薄膜应变计的薄膜压力传感器的灵敏度高1-2个数量级。
文档编号G01L9/04GK202956241SQ20122054029
公开日2013年5月29日 申请日期2012年10月22日 优先权日2012年10月22日
发明者谢贵久, 白庆星, 安志超, 谢锋, 何迎辉, 颜志红, 黄华山, 龚星 申请人:中国电子科技集团公司第四十八研究所
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