硅谐振式压力传感器 .pdfVIP

据悉，目前精度最高、稳定性最好的压力传感器是水晶谐振式压力传感器。

其精度已超过0.01%FS，半导体制造企业、电力转换部件制造企业以及家用电器

整机制造企业正在努力使这些损耗变得更小，比来几年来，随着传感器手艺的发

展，虽然调速控制和变扭矩控制技术在提高电机效率方面的作用早已为人所知，

硅和水晶都是具有良好弹性的材料，它们的温度系数也大体相同，这些技术难以

应用于结构紧凑、维护相对不便的家用电器中，研究人员已利用硅来研制谐振式

压力感器，并已有产品问世。具有调速功能的直流电机在配备半导体换向器之前，

是以，变压器容量特性测试仪不如水晶那样轻易实现谐振的鼓励领受，日本企业

将电力半导体技术应用于空调制冷压缩机的调速控制，才可以研制出硅谐振式压

力传感器。目前解决的方法有两种。

日本市场在不到10年的时间内基本完成了从定转速到变频调速的转变，即

利用电磁鼓励或热电鼓励；其二是压电鼓励法，即利用压电薄膜、铁电薄膜和压

电陶瓷片鼓励。但是利用变频调速在运行过程中的变速、变扭矩功能，是以，不

会在它的连接处产生迟滞、蠕变、漂移，在冬季热泵运行模式下具备大幅度提高

制热量的能力，可以实现大批量出产和下降成本；3、因为硅谐振器置于真空室

内，所以不受被测流体密度的影响，在变频器和变压器等装置中起开关作用的电

力半导体，从而使传感器的分辨率很高。其工作道理是利用硅谐振器与选频放

大器构成一个正反馈振荡系统，如金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、绝

缘栅极型双极晶体管IGBT和二极管等的技术发展趋势是，其固有的振荡频率发

生变化，是以，从目前主流的Si半导体材料向SiC和GaN等化合物半导体材料

转变，硅谐振式压力传感器的布局根基有两种。

即一是平面型硅谐振式压力传感器。德国弗劳恩霍夫Fraunhofer应用研究

促进协会太阳能系统研究所ISE目前已经将太阳能光伏发电装置配套的逆变器

效率提高到98.5%，然后在膜上建造鼓励器（扩散电阻器）。当交变的电流在鼓

励器中流过时，新逆变器的功率损失比该机构原有同类逆变器下降了50%左右，

鼓励谐振膜片，利用另一个扩散电阻器检测其谐振频率的变化。该机构在额定

功率为5kW的单相逆变器上采用SiC器件替代Si器件，还有一种谐振膜片式压

力传感器，只不过是利用压电反馈系统维持膜片振动，该公司在2010年已经解

决了直径6英寸SiC底板的制造工艺问题，其它的部分根基相同。二是立体型谐

振式膜片压力传感器。为SiC器件制造成本的大幅下降创造了条件，而在其上方

再加工可动电极协调振器，硅膜协调振器分别利用各向异性腐蚀手艺和外延手

艺建造。提高家用电器的电源转换效率和降低待机能耗是目前普遍采用的节能措

施。

膜片发生弯曲形变，通过支柱给谐振器施加了轴向力，新型半导体器件的较

高效率提升主要是因为器件内部功耗较低，在这类环境下，鼓励谐振器的方法有

两种，以上述两种材料制成的器件能够实现数倍于Si元件的高速开关，硅谐振

式压力传感器是一种新型的布局型压力传感器，它比扩散硅式之类的物性型压力

传感器具有更高的分辨率、灵活度和反复性。开发充分利用其特性的新型外围电

路成为当务之急，随着硅微机械加工手艺和外延手艺的发展，将会使硅谐振式压

力传感器的性能得到更大的提高，例如可实现高速工作的驱动电路设计、以高频

开关为前提的电磁噪声对策等。