基于SiC（Silicon Carbide）的高溫壓力傳感器正逐步成為高溫傳感器領(lǐng)域的主流研究方向，經(jīng)過二十多年的發(fā)展，SiC以其優(yōu)良的高溫機(jī)械特性、易加工性以及半導(dǎo)體材料自身的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于高溫傳感器的研制。不同原理的基于SiC的高溫壓力傳感器不斷涌現(xiàn)，傳感器的性能也不斷提高，可滿足超高溫以內(nèi)（<800℃）大部分高溫環(huán)境下的測(cè)壓需求。隨著歐姆接觸使用溫度不斷提高，SiC光纖性能的不斷改善，SiC在超高溫環(huán)境下的測(cè)量也具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，SiC高溫壓力傳感器主要應(yīng)用于航空和航天發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、重型燃?xì)廨啓C(jī)、燃煤燃?xì)忮仩t等動(dòng)力設(shè)備燃燒室內(nèi)的壓力監(jiān)測(cè)。在國(guó)內(nèi)，有生產(chǎn)SiC高溫壓力傳感器的生產(chǎn)線，已經(jīng)用于油井高溫壓力的的測(cè)量。在國(guó)外，已經(jīng)有SiC高溫壓力傳感器，大壓力的較成熟，微壓也有樣品出售。能工作在600度左右，NASA出資合作研發(fā)。高溫壓力傳感器較成熟的材料有基于SOI和SiC。據(jù)研究SOI在500度左右會(huì)經(jīng)歷塑性形變。而SiC可用于更高溫度。

基于SiC的高溫壓力傳感器碳化硅作為第三代直接躍遷型寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)良的抗輻照特性、熱學(xué)性能、抗腐蝕性。Sic晶體形態(tài)較多，常用于研制高溫壓力傳感器，包括a型的3C-SiC和B型的4H、6H-SiC，其中B-SiC在1600℃時(shí)仍能保持良好的機(jī)械強(qiáng)度，在制備高溫傳感器方面有廣闊的應(yīng)用前景。目前，SiC的干法刻蝕、歐姆接觸制備、SiC-SiC圓片級(jí)鍵合等微加工技術(shù)已基本成熟，基于SiC的高溫傳感器已成為高溫傳感器的熱門研究方向?；?/span>SiC的高溫壓力傳感器主要包括壓阻式、電容式兩大類。

SiC壓阻式高溫壓力傳感器

壓阻式壓力傳感器靈敏度較高，工藝較為簡(jiǎn)單，可靠性高，是目前SiC壓力傳感器研究的熱點(diǎn)，也是成果最多的一種方案。1997年，德國(guó)柏林工業(yè)大學(xué)的Zeirmann 等人在SOI結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)了一層3C-SiC 薄膜，并利用RIE刻蝕出壓敏電阻實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量，工作溫度達(dá)到450℃。NASAGlenn研究中心在壓阻式壓力傳感器方面的研究開展得比較深入，該中心率先實(shí)現(xiàn)了全SiC結(jié)構(gòu)的壓敏芯片。壓力敏感結(jié)構(gòu)以6H-SiC作為基底，利用同質(zhì)外延摻雜、干法刻蝕技術(shù)形成PN 結(jié)和壓阻結(jié)構(gòu)，再使用Ti/TaSi/Pt 膜系實(shí)現(xiàn)歐姆接觸。傳感器的樣機(jī)最高工作溫度能達(dá)到750℃。限制SiC壓阻高溫傳感器工作溫度的因素有兩個(gè)：①高溫下外延6H-SiC薄膜的壓阻效應(yīng)退化，Glenn中心的數(shù)據(jù)表明，6H-SiC薄膜在室溫下的壓阻系數(shù)為30，而在600℃時(shí)降為10-15；②SiC歐姆接觸的使用溫度限制，Ti/TaSi/Pt、Ta/Ni/Pt 等歐姆接觸膜系的長(zhǎng)期使用溫度均不高于800℃。

SiC電容式壓力傳感器

電容結(jié)構(gòu)的壓力傳感器具有靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、溫度穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。美國(guó)西儲(chǔ)大學(xué)對(duì)電容式高溫壓力傳感器進(jìn)行了深入的研究，2004年該校的Young Darrin J等人利用APCVD在硅襯底上沉積3C-SiC 薄膜制備了壓力傳感器，壓力敏感單元結(jié)構(gòu)如圖所示，由于感壓膜較薄，該傳感器工作時(shí)，膜的中心與底部接觸。這種傳感器的最高工作溫度可達(dá)到400℃，該溫度下的靈敏度為7.7fF/torr。2008年該校的Chen Li又提出一種全SiC結(jié)構(gòu)的電容式壓力傳感器。在該方案中Chen利用低溫氧化物LTO（Low-temperature Oxidation）作為犧牲層和密封材料，該種傳感器的最高工作溫度為574℃。另外，法國(guó)LETI研究所也開展了SiC電容式高溫壓力傳感器的研究，主要技術(shù)指標(biāo)：工作溫度高于600℃，量程65kPa-145kPa，靈敏度1pF/100kPa，非線性<1%FS，精度<1%FS25。國(guó)內(nèi)北京遙測(cè)技術(shù)研究所的尹玉剛等人工作較為突出，研制了基于4H-SiC的全SiC電容式高溫微壓傳感器，工作溫度可達(dá)到600℃，實(shí)現(xiàn)了0~3kPa的微壓測(cè)量，全溫區(qū)精度達(dá)到3%，達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。與壓阻式高溫壓力傳感器類似，電容式高溫壓力傳感器的工作溫度同樣受限于SiC歐姆接觸的工作溫度，另外高溫下絕緣層漏電流的增大會(huì)降低電容測(cè)量精度。

SiC高溫壓力傳感器主要關(guān)鍵工藝有：

1、電化學(xué)腐蝕

2、深反應(yīng)離子刻蝕

SiC高溫壓力傳感器目前存在的問題：

1、刻蝕深度難控制。

2、微通道影響，產(chǎn)生圖案難。

3、無引線封裝工藝

解決途徑：

1、SiC基片可從市場(chǎng)上購(gòu)買。

2、電化學(xué)腐蝕和深反應(yīng)離子刻蝕相結(jié)合控制刻蝕深度。

3、使用高電導(dǎo)率的金屬和玻璃粉構(gòu)成熔融物作為電極和外引線的過渡。本文源自澤天傳感，轉(zhuǎn)載請(qǐng)保留出處。