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M E M S压力传感器的结构与工作原理及应用技术MEMS压力传感器的结构与工作原理及应用技术MEMS是指集微型压力传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。
MEMS压力传感器可以用类似集成电路（IC）设计技术和制造工艺，进行高精度、低成本的大批量生产，从而为消费电子和工业过程控制产品用低廉的成本大量使用MEMS传感器打开方便之门，使压力控制变得简单易用和智能化。
MEMS压力传感器原理：目前的MEMS压力传感器有硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器，两者都是在硅片上生成的微机械电子传感器。
硅压阻式压力传感器是采用高精密半导体电阻应变片组成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的，具有较高的测量精度、较低的功耗，极低的成本。
惠斯顿电桥的压阻式传感器，如无压力变化，其输出为零，几乎不耗电。
MEMS硅压阻式压力传感器采用周边固定的圆形的应力杯硅薄膜内壁，采用MEMS技术直接将四个高精密半导体应变片刻制在其表面应力最大处，组成惠斯顿测量电桥，作为力电变换测量电路，将压力这个物理量直接变换成电量，其测量精度能达0.01%～0.03%FS。
硅压阻式压力传感器结构如图3所示，上下二层是玻璃体，中间是硅片，硅片中部做成一应力杯，其应力硅薄膜上部有一真空腔，使之成为一个典型的绝压压力传感器。
应力硅薄膜与真空腔接触这一面经光刻生成如图2的电阻应变片电桥电路。
当外面的压力经引压腔进入传感器应力杯中，应力硅薄膜会因受外力作用而微微向上鼓起，发生弹性变形，四个电阻应变片因此而发生电阻变化，破坏原先的惠斯顿电桥电路平衡，电桥输出与压力成正比的电压信号。
传统的机械量压力传感器是基于金属弹性体受力变形，由机械量弹性变形到电量转换输出，因此它不可能如MEMS压力传感器那样做得像IC那么微小，成本也远远高于MEMS压力传感器。
相对于传统的机械量传感器，MEMS压力传感器的尺寸更小，最大的不超过1cm，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。
基于MEMS技术的微型压力传感器设计与制备随着科技的不断进步，微电子力学系统（MEMS）技术在各个领域得到越来越广泛的应用。
其中，微型压力传感器作为MEMS技术的一个重要应用之一，具有非常广阔的应用前景。
本文将针对基于MEMS技术的微型压力传感器的设计与制备进行探讨。
首先，我们来了解一下什么是MEMS技术。
MEMS技术是Micro Electro-Mechanical Systems的缩写，即微电子机械系统。
它是一种将微米级机械结构和电子器件集成在一起的技术。
MEMS技术具有体积小、功耗低、响应速度快等特点，适合用于制备微型压力传感器。
微型压力传感器设计的关键之一是选择合适的工作原理。
常见的工作原理有压阻式、电容式和压电式等。
其中，压阻式传感器是基于材料电阻值的变化来检测压力的，电容式传感器则是基于电容值的变化来检测压力的，而压电式传感器则是利用压电材料的机械变形产生电荷的原理来检测压力的。
不同的工作原理适用于不同的应用场景，设计者需要根据具体需求选择合适的工作原理。
其次，合适的材料选择对于微型压力传感器的性能至关重要。
在MEMS技术中，常用的材料包括硅、玻璃和聚合物等。
硅材料具有优异的机械性能和化学稳定性，适合用于制备高精度的压力传感器。
玻璃材料具有良好的气密性和化学稳定性，适用于制备微型压力传感器的封装。
聚合物材料具有低成本和良好的加工性能，适合用于制备大规模的微型压力传感器。
在制备微型压力传感器时，关键的步骤之一是制备微结构。
常用的制备方法包括光刻、薄膜沉积和离子刻蚀等。
光刻技术是通过将光敏材料暴露于特定的光源下，然后进行显影和腐蚀等步骤，最终制备出所需的微结构。
薄膜沉积技术是将所需材料通过物理或化学方法沉积在基底上，形成所需的薄膜层。
离子刻蚀技术是通过将离子束轰击在材料表面，使材料发生腐蚀，最终制备出所需的微结构。
在设计微型压力传感器时，还需要考虑电路设计和信号处理等问题。
由于微型压力传感器输出的信号较小，通常需要进行放大和滤波等处理，以便得到准确可靠的信号。
mems压阻式传感器产品结构MEMS压阻式传感器是一种基于微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）技术的压力传感器。
其产品结构主要包括敏感层、衬底层、电极层和封装层等几个关键部分。
敏感层是MEMS压阻式传感器的核心部分，通常由多晶硅材料制成。
它采用了特殊的加工工艺，形成一种类似薄膜的结构。
当受到外部的压力作用时，敏感层上的晶体结构会发生微小的形变，进而引起其电阻值的变化。
衬底层是为了支撑敏感层而存在的。
它通常由硅材料制成，并与敏感层紧密结合。
衬底层具有良好的刚性和稳定性，能够防止敏感层因外力变形而破坏。
电极层位于敏感层的两侧，主要用于探测敏感层的电阻变化。
电极层通常由金属材料制成，具有良好的电导性和机械强度。
当敏感层发生形变时，电极层能够感知到并将信号传递给外部电路。
封装层是为了保护敏感层及其它组件而存在的。
传感器一般需要在复杂和恶劣的工作环境中运行，因此需要具备良好的密封性和耐腐蚀性。
封装层通常由特殊的高分子材料制成，能够有效防止外部环境对传感器的影响。
MEMS压阻式传感器的工作原理是基于压阻效应。
当外部施加压力时，这种压力会通过敏感层传递到衬底层，从而引起晶体结构微小的形变。
这一形变会导致敏感层电阻值的变化，进而产生电压信号。
这个信号可以通过电极层传输到外部电路，进行信号处理和数据分析。
MEMS压阻式传感器具有多种优势。
首先，它们具有较高的灵敏度和精度，能够准确地测量压力变化。
其次，它们具有较小的体积和质量，便于集成和安装在各种设备和系统中。
此外，它们还具有较低的功耗和较快的响应速度，适用于高频率和实时监测应用。
总之，MEMS压阻式传感器的产品结构主要包括敏感层、衬底层、电极层和封装层等几个关键部分。
通过利用压阻效应，它们能够准确地测量外部压力变化，并将信号传递给外部电路。
这种传感器具有高精度、小体积、低功耗和快速响应等优势，在各种工业和消费领域都有广泛的应用前景。
电阻式压力传感器的结构 安徽赛科环保科技有限公司 / 2011-06-16电阻式传感器的分析介绍：把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。
它主要包括电阻应变式传感器、电位器式传感器(见位移传感器)和锰铜压阻传感器等。
电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力、测压、称重、测位移、加速度、扭矩等测量仪表是冶金、电力、交通、石化、商业、生物医学和国防等部门进行自动称重、过程检测和实现生产过程自动化不可缺少的工具之一。
电位器式传感器的结构及分类1）结构：由电阻元件及电刷(活动触点)两个基本部分组成。
电刷相对于电阻元件的运动可以是直线运动、转动和螺旋运动，因而可以将直线位移或角位移转换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。
2）电位器的结构与材料（1）电阻丝: 康铜丝、铂铱合金及卡玛丝等（2）电刷: 常用银、铂铱、铂铑等金属（3）骨架:常用材料为陶瓷、酚醛树脂、夹布胶木等绝缘材料，骨架的结构形式很多,常用矩形。
此信息由压力传感器厂家安徽赛科环保科技有限公司人员编辑压力传感器工作原理我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。
1、压力传感器的工作原理：被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。
2、压力传感器的研制原理：∙晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。
某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应；∙ 当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓的极化效应。
科学家就是根据这个效应研制出了压力传感器。
3、压力传感器的应用：主要应用在加速度、压力和力等的测量中。
压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。
它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。
硅基压阻式压力传感器工作原理硅基压阻式压力传感器是一种常用的压力测量设备，它利用薄膜材料的机械变形特性，将外界施加的压力转化为电信号输出。
本文将详细介绍硅基压阻式压力传感器的工作原理以及其应用领域。
一、硅基压阻式压力传感器的结构与组成硅基压阻式压力传感器由四个主要部分组成：薄膜材料、传感电路、导线和封装壳体。
1. 薄膜材料硅基压阻式压力传感器的核心元件是由硅薄膜组成的压敏电阻器。
薄膜的制备通常采用微电子加工技术，将高纯度的硅片通过化学腐蚀等方法，制作成微米级厚度的薄膜。
2. 传感电路传感电路是将薄膜材料的电阻变化转化为电信号的重要组成部分。
传感电路通常由电桥电路构成，其中包括一个或多个传感电阻和补偿电阻。
3. 导线导线将传感电路连接至外部的电子设备，将传感器的输出信号传递出去。
4. 封装壳体封装壳体是为了保护传感器内部的组件，并提高传感器的可靠性和耐用性。
封装壳体通常由金属或塑料材料制成。
二、硅基压阻式压力传感器的工作原理1. 压力作用下的薄膜变形当外界施加压力作用于硅基压阻式压力传感器时，薄膜材料会发生一定程度的弯曲变形。
这是因为薄膜具有压电效应，当压力施加在薄膜上时，薄膜的形状会发生变化。
2. 电阻的变化薄膜材料的形变会导致材料内部的电阻发生变化。
通常情况下，当薄膜材料被压缩时，电阻值会有所增加；当薄膜材料被拉伸时，电阻值会有所减小。
3. 传感电路的作用传感电路通过连接在传感器上的电桥电路，对电阻值的变化进行检测和测量。
电桥电路通常由一个或多个传感电阻和补偿电阻组成。
当压力作用下，薄膜材料产生形变，导致传感电阻值的变化，进而引起电桥电路失衡。
传感电路通过检测电桥电路失衡的大小，将失衡量转化为电压或电流信号输出。
4. 输出信号的转化传感器的输出信号可以是电压信号或电流信号，其数值与受测压力成正比。
通过对输出信号的测量和计算，可以得到被测压力的实际值。
三、硅基压阻式压力传感器的应用领域硅基压阻式压力传感器具有结构简单、精度高、响应速度快、线性度好等特点，广泛应用于各个领域的压力测量和控制中。
压阻式微压力传感器结构参数设计王峰;谭晓兰;张敏亮【摘要】Based on the structural parameters of the piezoresistive micro pressure sensor, according to the sensitivity and linearity of the sensor, the micro pressure sensor with 200 kPa range is designed. Under the condition of meeting the calculating requirements, each parameter is simulated by ANSYS, and the optimum values of these parameters are selected in accordance with the sensitivity, linearity and the degree of difficulty for fabricating process. The results of the simulation show that the design method possesses a certain reference value for researching and manufacturing micro pressure sensors.%在研究压阻式微压力传感器的结构参数的基础上,根据传感器的灵敏度与线性度特点,设计了一种量程为200 kPa的微压力传感器.在满足计算要求的条件下,对该传感器的每一个参数进行ANSYS仿真;并根据灵敏度、线性度及制作工艺的难易程度选择这些参数的最佳值.仿真结果表明,该设计方法对微压力传感器的研制具有一定的参考价值.【期刊名称】《自动化仪表》【年(卷),期】2013(034)003【总页数】4页(P83-86)【关键词】微压力传感器;灵敏度;线性度;ANSYS仿真;可靠性【作者】王峰;谭晓兰;张敏亮【作者单位】北方工业大学机电工程学院,北京100041【正文语种】中文【中图分类】TP212+.10 引言作为微型机电系统(micro-electromechanical systems，MEMS)设备的主流产品，微传感器具有体积小、响应快、功耗低、可靠性高、易于集成和智能化等特点，现已被广泛应用于家用电器、汽车、生物化学、航天航空、医学、环境检测等领域。
第58卷第4期 2021年4月撳纳电子技术Micronanoelectronic TechnologyVol.58 No.4April 2021t)M E M S与待感眾$DOI：10. 13250/ki.wndz.2021. 04. 007基于SO I的MEMS高温压阻式压力传感器单存良a’b，梁庭a’b，王文涛a’b，雷程a’b，薛胜方a’b，刘瑞芳a’b，李志强a’b(中北大学仪器与电子学院a.仪器科学与动态测试教育部重点实验室；b.动态测试技术山西省重点实验室，太原 030051)摘要：基于高温环境下压力实时监测的广泛需求，设计并制备了一种最大量程为1.5 MPa的绝缘体 上硅（SOI)压阻式压力传感器。
根据压阻效应原理和薄板变形理论，完成了传感器力学结构和电 学性能的设计，采用微电子机械系统（MEMS)加工工艺完成了敏感芯片的制备，并使用了一种可 耐300 °C高温的封装技术。
实验中采用了常温压力测试平台和压力-温度复合测试平台进行测试，测试结果表明，封装后的传感器在常温环境下具有良好的非线性误差、迟滞性和重复性，其灵 敏度可达到0.082 8 mV/kPa,同时在300 °C高温环境中其灵敏度仍可达0.063 8 mV/kPa。
关键词：高温压力传感器；微电子机械系统（MEMS);压阻效应；灵敏度；倒装封装中图分类号：TP212; TH703 文献标识码：A文章编号：1671-4776 (2021) ()4_0325-(_)7MEMS High Temperature PiezoresistivePressure Sensor Based on SOIShan Cunliang*,b,Liang Ting*'b,Wang Wentao8,b,Lei Chenga-b,Xue Shengfang*'b,Liu Ruifang a,b,Li Zhiqianga,b(a. Ke y Laboratory o f Instrum entation Science and D ynam ic M easurement o f M inistry o f Education；b. Sh a n xi Provincial K ey Laboratory o f D ynam ic Testing T echnology，School o f Instrum ent andElectronics, North U niversity o f China , Taiyuan030051, C hina)Abstract：Based on the wide demand for real-time pressure monitoring in high temperature environment,a piezoresistive pressure sensor with the maximum range of 1. 5 MPa based on silicon-on-insulator (SOI)was designed and prepared.According to the principle of piezoresistive effect and the theory of thin plate deformation,the mechanical structure and electrical properties of the sensor were designed.The sensitive chip was prepared by the micro-electromechanical system (MEMS)processing technology,and a packaging technology to withstand high temperature of300 °C was used.A room temperature pressure test platform and a pressure-temperature composite test platform were used for testing in the experiment.The test results show that the encapsulated sensor has good nonlinear error,hysteresis and repeatability at room temperature,and收稿日期：2020-11-03基金项目：山西省重点研发计划项目（201903D121123);山西省自然科学基金项目（201801D121157, 201801D221203)通信作者：梁庭，E-mail:********************.cn325徵M电子技术its sensitivity can reach0. 082 8 mV/kPa,while its sensitivity can still reach0. 063 8 mV/kPa at 300 °C high temperature.Keywords: high temperature pressure sensor；micro-electromechanical system(MEMS)；pie-zoresistive effect；sensitivity；flip chip packageEEACC： 7230M； 2575Fo引百高温恶劣环境下，压力的原位测量需求广泛存 在于各领域中，如汽车和飞机发动机舱内部的高温 压力测量控制、航空航天飞行器外表面高温压力测 量等。
