[发明专利]高温多晶硅压力传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种压力传感器，特别是涉及一种高温多晶硅压力传感器。

背景技术

高温压力传感器因其特殊的高温应用环境而日益受到人们的重视。在石油、化工、冶金和航空航天等领域，有时必须在高温环境下测试压力。普通压阻式压力传感器中力敏电阻依靠硼扩散利用p-n 结隔离形成，温度升高，反相漏电便明显增加，超过150℃后p-n 结隔离便失效。要提高压力传感器高温性能的最佳途径是废除力敏电阻的p-n 结隔离，用绝缘层来代替p-n 结隔离。蓝宝石和SOI 高温压力传感器是目前传感器市场上，用于在高温压力测量领域中替代普通扩散硅压力传感器的理想产品。

为了使压力传感器能够满足高温测压的要求，早期有人提出用多晶硅做力敏电阻条的想法。由于多晶硅力敏电阻条是制备在绝缘衬底上，与一般的扩散电阻不同，它没有电学非线性及反向漏电现象，从而使传感器可用于较高的温度下。并且它的电阻温度系数符号取决与掺杂浓度，容易控制以实现热零点漂移的温度补偿。现在一般用SiO₂作电绝缘层，但是由于SiO₂的热膨胀系数与多晶硅的相差太大，当温度变化时，因二者热膨胀系数不同，在其内部产生内应力，从而引起传感器的零点温度漂移。而且SiO₂的导热率比硅的小百倍，不利于电桥的散热。采用SiO₂作硅衬底和多晶硅力敏电阻条之间的电绝缘层时，热模拟得到的温度分布，高温区局限于SiO₂层上面，热量几乎不往下传，这就限制了SiO₂ 材料在高温、大功率集成电路中的应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题而提供一种绝缘性能高、耐高温的高温多晶硅压力传感器。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高温多晶硅压力传感器，包括壳体、弹性盖、感应片、引出导线、膜片和膜片基座，所述膜片基座分别设置于所述壳体底部的两端，所述膜片的两端分别固定于所述膜片基座上，所述膜片由氮化硅钝化层、纳米多晶硅层、氮化铝绝缘隔膜层和硅单晶层组成，所述纳米多晶硅层位于所述氮化硅钝化层的下表面和所述氮化铝绝缘隔膜层的上表面之间，所述硅单晶层位于所述氮化铝绝缘隔膜层的下表面。

采用氮化铝绝缘隔膜层作电绝缘层，将极大地改善器件的导热特性。氮化铝绝缘隔膜层具有热导率高、电阻率大、击穿场强高、化学和热稳定性能好、热膨胀系数与Si相近等优异性能，对于压力传感器的电桥散热特别有利，可解决压力传感器启动时的零点时漂，是一种优异的介电和绝缘材料，可用于电子器件和集成电路的封装、介质隔离和绝缘，尤其适于高温高功率器件，因此选用氮化铝绝缘隔膜层在力敏电阻条和硅弹性膜之间进行绝缘隔离，由于无p-n结，力敏电阻无反向漏电，使制作的压力传感器特性好。

作为本发明的优选，所述氮化铝绝缘隔膜层的厚度约为0.5 μm。

作为本发明的优选，所述氮化硅钝化层的厚度为0.1 μm。

作为本发明的优选，所述纳米多晶硅层的厚度为0.5 μm。

作为本发明的优选，所述硅单晶层的厚度为1μm。

作为本发明的优选，所述感应片采用电阻片，所述电阻片的个数为4个。

作为本发明的优选，所述感应片分别位于所述膜片的四个顶角，所述感应片与所述膜片的长边之间的夹角为45°。

 

本发明的有益效果是：

采用氮化铝绝缘隔膜层作电绝缘层，将极大地改善器件的导热特性。氮化铝绝缘隔膜层具有热导率高、电阻率大、击穿场强高、化学和热稳定性能好、热膨胀系数与Si相近等优异性能。本发明具有绝缘性能高和耐高温等优点。

附图说明

图1是本发明高温多晶硅压力传感器的结构示意图；

图2是本发明高温多晶硅压力传感器中膜片的结构示意图；

图3是本发明高温多晶硅压力传感器的感应片的安装示意图。

图中：1-壳体，2-弹性盖，3-膜片，4-膜片基座，5-引出导线，6-感应片，301-氮化硅钝化层，302-纳米多晶硅层，303-氮化铝绝缘隔膜层，304-硅单晶层。

 

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明：