壓力傳感器是一種用來(lái)檢測(cè)壓力信號(hào)，將壓力信號(hào)按一定規(guī)律轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的器件，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)生產(chǎn)、工業(yè)及航空航天領(lǐng)域。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的細(xì)分，高溫油井、各類(lèi)發(fā)動(dòng)機(jī)腔體等高溫惡劣環(huán)境下的壓力測(cè)量愈發(fā)重要，而普通壓力傳感器所用材料在超過(guò)一定溫度時(shí)會(huì)失效，導(dǎo)致壓力測(cè)量失敗。因此，高溫壓力傳感器成為一個(gè)非常重要的研究方向。

天沐先總結(jié)下高溫壓力傳感器的分類(lèi)：

根據(jù)所用材料的不同，高溫壓力傳感器可以分為多晶硅（Poly-Si）高溫壓力傳感器、SiC高溫壓力傳感器、SOI（silicon on insulator）高溫壓力傳感器、SOS（silicon on sapphire）硅-藍(lán)寶石壓力傳感器、光纖高溫壓力傳感器等不同類(lèi)型。而從目前發(fā)展情況來(lái)看，SOI高溫壓力傳感器的研究現(xiàn)狀及前景都非常理想。下面主要介紹SOI高溫壓力傳感器。

SOI高溫壓力傳感器的發(fā)展主要依托SOI材料的興起。SOI即絕緣體上硅，主要指以SiO2為絕緣層預(yù)埋在Si襯底層和Si頂層器件層中間形成的半導(dǎo)體材料。SOI的特殊結(jié)構(gòu)使得器件層與襯底層之間實(shí)現(xiàn)了絕緣，消除了體硅中常見(jiàn)的門(mén)閂效應(yīng)，提高了器件的可靠性。另外，由于SOI器件層的高溫特性使得其成為制備高溫壓力傳感器的理想材料。

從原理上講，SOI高溫壓力傳感器主要利用的是單晶硅的壓阻效應(yīng)。當(dāng)力作用于硅晶體上，晶體的晶格發(fā)生形變，進(jìn)而導(dǎo)致載流子的遷移率發(fā)生變化，使得硅晶體的電阻率發(fā)生變化。通過(guò)在SOI頂層器件層的特定方向刻蝕出4個(gè)壓敏電阻，構(gòu)成惠斯通電橋；在SOI的襯底層刻蝕出壓力背腔，進(jìn)而形成壓力敏感結(jié)構(gòu)。

SOI高溫壓力傳感器制備工藝

SOI高溫壓力傳感器的制備工藝涉及多道MEMS工藝，主要包括壓敏電阻制備、金屬引線制備、壓力敏感膜制備以及壓力腔封裝等工藝。

壓敏電阻的制備關(guān)鍵在于摻雜濃度的把控及后續(xù)刻蝕成型工藝的優(yōu)化；金屬引線層則主要起到惠斯通電橋的聯(lián)通；壓力敏感膜的制備主要依托深硅刻蝕工藝；壓力腔的封裝通常會(huì)因壓力傳感器的用途不同而有所變化，本文給出的兩種可能的封裝形式。

由于目前商業(yè)化的高溫壓力傳感器還無(wú)法很好的滿足高溫油井、航空發(fā)動(dòng)機(jī)等特殊惡劣環(huán)境對(duì)壓力測(cè)量的需求，未來(lái)高溫壓力傳感器的研究已成必然。

SOI材料因其特殊結(jié)構(gòu)及高溫特性，已經(jīng)成為高溫壓力傳感器的理想材料，未來(lái)對(duì)于SOI高溫壓力傳感器的研究應(yīng)該集中在解決高溫惡劣環(huán)境下傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、自發(fā)熱問(wèn)題及提高壓力傳感器精度等方面。