压力传感器项目技术书详解.doc

一 立项依据 1项目提出背景 2013年2月18日，由工业和信息化部、科技部、财政部、国家标准化管理委员会，组织制定了《加快推进传感器及智能化仪器仪表产业发展行动计划》。该计划提出了传感器、智能化仪器仪表产业发展的指导思想，总体思路，口标，具体行动即技术创新工程、产品升级工程、产业和企业转型升级工程、产业化 应用工程，保障措施等重要内容。 该行动计划的发布，是我国传感器业界的利好消息，是我国首次由政府部门四部一委，对传感器和仪器仪表的产业发展传达中央的声音，也许能引发我国传感器产业发展的第二次高潮，对推动我国物联网的应用具有很好的技术支撑作用，从而迎来我国传感器发展的重要战略机遇期。 2压力传感器发展现状及趋势 2.1 压力传感器的发展现状 传感器市场在世界经济中有着重要的市场地位，而且其技术研究的领域在不断的扩大，市场份额也在不断的提高。通过查阅文献资料可以看到，1994年世界传感器市场有260亿美元的总营业额，2008年全球传感器的市场容量为506亿美元，2010年世界传感器市场规模达800亿美元以上。近年来压力传感器的市场份额增加迅速，从生产到销售都取得了长足的发展，使用硅压力传感器的比重在不断上升。在技术发展上，可以集成电路和传感器，构成集成传感器，是未来技术发展的主流。压力传感器有效多的新技术被广泛的应用，一是压力传感器。其工作原理是通过压力敏感元件，在硅框和金铬薄膜组成的膜片结构中问夹了一个硅光纤挡板。二是耐高温压力传感器。新型半导体材料碳化硅的出现使得单晶体的高温传感器的制作成为可能。 2.2压力传感器的发展趋势 目前的发展趋势主要有: （1）小小型化。社会经济的发展对于小型传感器的需求在不断增多，小型传感器的体积小。如美国所生产的传感器，有些直径只有1.27mm可广泛的应用到医学领域，可置入人体体内，如置入到血管中的传感器不会对血液流通产生影响。小型传感器体积小，能够在各种恶劣的环境下应用，对环境要求低，不需要投入人力物力来进行维护和保养，使用方便。 （2）集成化。压力传感器技术已经与其他技术结合，越来越多将压力传感器技术与其他技术结合起来，形成系统集成技术。如测量控制系统等，以在生产过程中，提高操作的系统化和效率水平，形成集约化生产。 （3）智能化水平在提高，在系统集成中，加入了智能管理模块，使传感器能够自动的补偿、自诊断，并进行逻辑判断。在集成中，加入了微处理器，能够使用微处理器实现智能控制，实现多种功能。如实现通讯、自诊断、逻辑判断等功能。（4）广泛性。传感器可应用于多个领域，在医学、汽车、气象等多个行业都有广泛的应用，随着技术的发展，其应用领域还在不断的扩大。 五是标准化程度不断提高。传感器技术在发展中，逐步形成了行业标准，用于规范传感器的设计与制造。如美国所实行的ASTM标准及日本推广普通的JIS标准等。 3纳米线硅薄膜压力传感器研究目的和研究意义 3. 1研究目的 在信息化技术快速发展的今天，传感器己经成为获取自然和生产领域中重要信息的主要工具。其中，压力传感器因其具有结构简单、可微型化和灵敏度高等优点得到广泛应用。由于测控技术的发展，要求压力传感器量程越来越小，使得微压、超微压压力传感器在科学实验、临床医学等领域越来越重要。口前国产传感器存在的主要问题之一是产品的可靠胜、一致性、稳定性差，与国外同类产品相比要低一个数量级，灵敏度的也待提高。 3.2研究意义 本项目采用LPCVD法在100晶向单晶硅衬底上制备纳米线硅薄膜，分析纳米线硅薄膜微结构特性，研究薄膜厚度、退火温度等工艺参数对薄膜特性的影响，给出制备高质量纳米线硅薄膜优化的工艺条件，在此基础上，基于MEMS技术在C型硅杯上设计、制作纳米线硅薄膜压力传感器。由四个纳米线硅薄膜电阻构成惠斯通电桥结构，在外加压力作用下，硅膜发生弹性形变，使薄膜电阻阻值改变，从而实现对外加压力检测，进一步揭示纳米线硅薄膜压敏特性机理，为纳米线硅薄膜压敏特性的优化及其在压力传感器等领域的应用奠定基础，以提高纳米线硅薄膜压力传感器的灵敏度，为微压压力传感器研究奠定基础。 4本项产出传感器达到的技术水平 本项目设计、制作纳米线硅薄膜压力传感器的精度可达0.05%～0.01%,年稳定性达0.1%/F.S,温度误差为0.0002%,耐压可达几百兆帕,过压保护范围可达传感器 量程的20倍以上,并能进行大范围下的全温补偿。 四 研发工作组织和分工情况 本项目分为前期工作，中期工作和后期工作。前期工作主要是精通ANSYS的工程师，研究硅膜形状、薄膜厚度等参数对应力分布的影响，基于仿真分析结果，确定压力传感器芯片的硅膜形状、电阻尺寸及分布，完成纳米线硅薄膜压力传感器芯片结构设计。中期MEMS工艺人员，给出纳米硅膜晶体管压力传感器制作工艺流程，