IEEE MEMS 2013会议中压力传感器的最新研究
2013-01-24 12:48:10   来源：微迷   评论：0   点击：

正在台北举行的“IEEE MEMS 2013”是以学术为主的国际会议，下面就简单介绍一下此次会议上压力传感器的研究情况。

今后手机的位置信息服务将走向“三维化”，比如能识别出用户在哪一楼层，提供室内导航功能。目前已有多款手机增加了该功能。上下楼的检测利用的是压力传感器，说起压力传感器，它是最古老的MEMS之一，在1970年代就有了，远早于MEMS这一词汇的出现。从那时起，压力传感器就已经与读取电路集成在一起，通常采用的构造是，在硅基板上形成电阻或电容、集成电路，在该硅基板的背面通过蚀刻形成敏感膜。这种“古老的”压力传感器因被用于手机而突然受到关注。

现在，以手机领域为主，3轴加速度计、陀螺仪以磁传感器均利用SiP（系统级封装）技术集成在一起，以“组合传感器”（Combo Sensor）的名称来销售。在此基础上增加压力传感器便可变成10轴组合传感器，不过组合传感器的尺寸已小型化至4mm²、厚1mm以下的程度，因此加入的压力传感器当然也要小。而且，小型化还可降低成本。

不使用特殊工艺的压力传感器的截面（来源：中科院上海微系统与信息技术研究所）

此次，中科院上海微系统与信息技术研究所的李昕欣（以前曾在日本东北大学做过研究员，目前是中国最活跃的MEMS研究人员之一）研究小组发表了精心研究的压力传感器（论文编号：3A-6）。该传感器是先在（111）硅基板上加工出细沟槽，然后用碱性蚀刻剂从该沟槽在基板内部进行有底蚀刻，制作空洞，最后以多晶硅填充该沟槽，形成敏感膜。这种技术与博世公司的“silicon on nothing”型压力传感器一样，均是在不进行背面蚀刻及基板接合处理的情况下，制作敏感膜及其下方的压力基准空间，不过李昕欣等人研究出的压力传感器不使用阳极氧化及氢退火等特殊工艺，从这一点来看，比博世的压力传感器更为简单。李昕欣表示，这种传感器可以由中国的大量标准IC代工企业快速生产。

此次，李昕欣的研究小组还对该压力传感器做了改进，通过单侧支梁进一步加强了基板内部的支撑，消除了外部应力带来的影响。如何防止封装或安装时的应力影响对压力传感器而言也是课题之一。虽然采取这种形式做了加强，但仍采用了从细沟槽在基板内部进行有底蚀刻的加工方法。形成的传感器远远小于1mm²，传感器主要部分只有500μm²。而且制造方法也比较简单，有望用于低价位压力传感器。中国走出代工模式、实现蜕变的日子指日可待。

另一项值得关注的发表是斯坦福大学Thomas Kenny研究室研制的压力传感器（论文编号：3A-5）。该压力传感器利用Kenny和博世研发的加工技术制造而成，使用由SiTime公司实现实用化的硅谐振器，利用的是敏感膜（同时也是谐振器的封装）在受压变形后谐振频率会发生变化的原理。利用该原理的压力传感器方面，横河电机已经开发完成，并以“DPharp”为商品名实现实用化，核心开发人员是后来成为东京农工大学教授的池田。实际上，横河电机的谐振式压力传感器的谐振器气密方法与SiTime公司的硅谐振器十分相似，而池田等人的技术早在1980年代就已经开发出来，可以说，日本的MEMS技术非常领先。

另外，斯坦福大学新发表的谐振式压力传感器的特点在于，配备三个静电谐振器，一个用于压力检测，一个用于温度修正（为防止感受到压力，用单侧支梁来支撑），还有一个用于封装及安装变形的修正（在敏感膜以外的地方制作）。第三个谐振器的作用也是为了消除外部应力的影响。该传感器的尺寸为1.5mm²。