西工大研发原位掺杂MEMS压阻式压力传感器，耐温高达500℃
2026-08-07 15:46:57 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
该研究工作成功制备出耐温高达500℃的MEMS压阻式压力传感器。采用原位掺杂技术的压力传感器不仅显著提升了高温环境下的温度稳定性，也为高性能MEMS高温压力传感器的发展提供了新的技术路径。
宽温度范围工作的压力传感器在航空航天、深海探测、能源开发及化工等领域具有重要的应用价值。随着微机电系统（MEMS）技术的不断发展，以及碳化硅（SiC）和绝缘体上硅（SOI）技术的持续突破，推动了高温压力传感器的快速发展。零点漂移（zero drift）是影响压阻式压力传感器在500℃高温环境下测量精度的关键因素。
据麦姆斯咨询报道，近日，西北工业大学与国防科技创新研究院的研究团队首次采用原位掺杂技术制备出MEMS高温压阻式压力传感器。借助原位掺杂工艺，可直接生长具有适宜掺杂浓度的器件层。无需再对器件层中的硅进行离子注入或热扩散，避免引入新的杂质元素。在500℃高温环境下经8小时测试，该压力传感器的零点漂移值仅为218 μV。经过线性温度补偿后，其在整个温度范围内的压力测量误差低至±1.83% FS。采用原位掺杂技术的压力传感器不仅显著提升了高温环境下的温度稳定性，也为高性能MEMS高温压力传感器的发展提供了新的技术路径。相关研究成果以“Piezoresistive Pressure Sensors Fabricated Based on in-Situ Doping Technology Exhibits Outstanding Performance at High Temperatures”为题发表于2026 IEEE MEMS国际会议。
MEMS压力传感器设计与制造
MEMS高温压阻式压力传感器的制造工艺如图1所示。首先，对SOI晶圆进行清洗，去除其两侧的二氧化硅保护层。随后，在SOI晶圆正面旋涂一层均匀的光刻胶，并通过光刻工艺形成所需图案。之后，采用电感耦合等离子体（ICP）刻蚀技术，在晶圆正面刻蚀形成压敏电阻和电极结构。在压敏电阻区域涂覆一层10 μm厚的光刻胶进行保护，并分别在焊盘和互连引线上溅射沉积20 nm铬（Cr）和400 nm金（Au）。随后，通过剥离工艺去除多余金属，并在300°C下快速退火5分钟，以形成良好的欧姆接触。最后，通过硅与玻璃的阳极键合，实现了绝对压力腔的气密封装。图2展示了晶圆切割后的MEMS压阻式压力传感器芯片实物。
图1 原位掺杂MEMS高温压阻式压力传感器的制造工艺
图2 MEMS压阻式压力传感器芯片照片
宽温度范围测试和校准补偿
图3展示了温度与压力耦合校准测试系统。选取25°C、100°C、300°C和500°C四个恒定温度值，对MEMS压阻式压力传感器的静态特性进行测试。最终测试数据选取加载过程和卸载过程的平均值，结果如图4所示。
图3 温度-压力耦合测试系统
图4 不同温度下MEMS压阻式压力传感器输入-输出特性测试结果
根据上述分析可知，随着温度的升高，MEMS压阻式压力传感器的测量精度逐渐降低。因此，将该压力传感器置于温度-压力耦合测试系统中，在0.2 kPa恒定压力下，将温度从25℃提升至500℃，并保持8小时。压力传感器在整个过程中的输出结果记录如图5所示。
图5 温度从25℃提升至500℃时，MEMS压阻式压力传感器的零点输出电压
为实现全温度范围内精确的压力测量，研究团队进一步基于温度参数，对MEMS压阻式压力传感器的零点和灵敏度进行温度补偿。根据在不同温度下压力传感器的输出电压推算得到的压力测量值，并与实际施加压力值进行对比，结果如图6所示。
图6 经过线性温度补偿后的全温度范围测量误差
研究团队通过拟合零点和灵敏度温度误差曲线，对MEMS压阻式压力传感器的输出电压进行补偿。结果表明，该压力传感器在25～500°C范围内的测量误差小于±1.83% FS，具有较高的测量精度。
总结
综上所述，这项研究基于重掺杂SOI晶圆，开发了一种高效、快速的高温压力传感芯片制造工艺，并成功制备出耐温高达500℃的MEMS压阻式压力传感器。通过建立温度-压力耦合测试系统，对该压力传感器的性能指标进行了实验验证，并完成了温度补偿。通过温度补偿后，该压力传感器在20～500°C范围内的测量误差可小于±1.83% FS。凭借其优异的高温稳定性，该MEMS压阻式压力传感器有望应用于能源、化工等高温环境中的压力监测，从而推动相关领域的产业发展和技术突破。
论文链接：https://doi.org/10.1109/MEMS64181.2026.11419578
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