傳感器技術(shù)是現(xiàn)代測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)中的重要技術(shù)之一。幾乎每一項(xiàng)技術(shù)都離不開(kāi)傳感器,從宇宙開(kāi)發(fā)到海底勘探,從生產(chǎn)過(guò)程控制到現(xiàn)代文明生活。許多國(guó)家都非常重視傳感器技術(shù)的發(fā)展。例如,六大中心技術(shù)(計(jì)算機(jī)、通信、激光、半導(dǎo)體、超導(dǎo)和傳感器)日本將傳感器技術(shù)列為之一;因此,從事現(xiàn)代測(cè)量和自動(dòng)控制的技術(shù)人員有必要了解和熟悉壓力傳感器的發(fā)展過(guò)程。
以半導(dǎo)體傳感器的發(fā)明為標(biāo)志的是現(xiàn)代壓力傳感器,半導(dǎo)體傳感器的發(fā)展可分為四個(gè)階段:
發(fā)明階段(1945-1960年)
這一階段的主要標(biāo)志是1947年雙極晶體管的發(fā)明。從那時(shí)起,半導(dǎo)體材料的這一特性得到了普遍的應(yīng)用。C.S.Smith于1945發(fā)現(xiàn)了硅和鍺的壓阻效應(yīng),即當(dāng)外力作用于半導(dǎo)體材料時(shí),其電阻將發(fā)生明顯變化。根據(jù)這一原理,壓力傳感器是通過(guò)將應(yīng)變電阻粘貼在金屬膜上制成的,即將力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。
技術(shù)發(fā)展階段(1960-1970年)
隨著硅擴(kuò)散技術(shù)的發(fā)展,直接將應(yīng)變電阻擴(kuò)散到晶面上,技術(shù)人員在硅的(110)或(001)晶面上選擇合適的晶向,然后形成薄的硅彈性膜片,在背面加工成凹形,稱(chēng)為硅杯。這種硅杯傳感器具有體積小、穩(wěn)定性好、成本低、重量輕、靈敏度高、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了金屬硅共晶,為商業(yè)化開(kāi)發(fā)提供了可能。
商業(yè)化集成加工階段(1970-1980年)
基于硅杯擴(kuò)散理論,采用了硅的各向異性腐蝕技術(shù)。擴(kuò)散硅傳感器已經(jīng)發(fā)展成為一種能夠自動(dòng)控制硅膜厚度的硅各向異性加工技術(shù),其加工技術(shù)主要集中在硅的各種各向異性腐蝕技術(shù)上。主要包括V型槽法、濃硼自動(dòng)中止法、陽(yáng)極氧化自動(dòng)中止法和微機(jī)控制自動(dòng)中止法。由于可以在多個(gè)表面同時(shí)進(jìn)行腐蝕,數(shù)千個(gè)硅壓力膜可以同時(shí)生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)了集成化的工廠加工模式,成本進(jìn)一步降低。
微機(jī)械加工階段(1980年-今)
上世紀(jì)末納米技術(shù)的出現(xiàn)使微加工成為可能。通過(guò)微加工過(guò)程,結(jié)構(gòu)壓力傳感器可以通過(guò)計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行加工,其線性度可以控制在微米范圍內(nèi)。利用這項(xiàng)技術(shù),從而使壓力傳感器進(jìn)入微米階段,可以加工和蝕刻微米級(jí)的溝、條、膜。
在各種傳感器中,壓力傳感器可普遍用于壓力、高度、加速度、液體流量、流量、液位和壓強(qiáng)的測(cè)量和控制,具有體積小、穩(wěn)定可靠、成本低、重量輕、靈敏度高、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。壓力傳感器已成為各種傳感器中性能穩(wěn)定、性?xún)r(jià)比高、技術(shù)很成熟的傳感器。
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