SiC高温压力传感器国内外目前的基本情况

基于SiC（Silicon Carbide）的高温压力传感器正逐步成为高温传感器领域的主流研究方向，经过二十多年的发展，SiC以其优良的高温机械特性、易加工性以及半导体材料自身的优点，已广泛应用于高温传感器的研制。不同原理的基于SiC的高温压力传感器不断涌现，传感器的性能也不断提高，可满足超高温以内（<800℃）大部分高温环境下的测压需求。随着欧姆接触使用温度不断提高，SiC光纤性能的不断改善，SiC在超高温环境下的测量也具有广阔的应用前景。目前，SiC高温压力传感器主要应用于航空和航天发动机、火箭发动机、航空发动机、重型燃气轮机、燃煤燃气锅炉等动力设备燃烧室内的压力监测。在国内，有生产SiC高温压力传感器的生产线，已经用于油井高温压力的的测量。在国外，已经有SiC高温压力传感器，大压力的较成熟，微压也有样品出售。能工作在600度左右，NASA出资合作研发。高温压力传感器较成熟的材料有基于SOI和SiC。据研究SOI在500度左右会经历塑性形变。而SiC可用于更高温度。

基于SiC的高温压力传感器碳化硅作为第三代直接跃迁型宽禁带半导体材料，具有优良的抗辐照特性、热学性能、抗腐蚀性。Sic晶体形态较多，常用于研制高温压力传感器，包括a型的3C-SiC和B型的4H、6H-SiC，其中B-SiC在1600℃时仍能保持良好的机械强度，在制备高温传感器方面有广阔的应用前景。目前，SiC的干法刻蚀、欧姆接触制备、SiC-SiC圆片级键合等微加工技术已基本成熟，基于SiC的高温传感器已成为高温传感器的热门研究方向。基于SiC的高温压力传感器主要包括压阻式、电容式两大类。

SiC压阻式高温压力传感器

压阻式压力传感器灵敏度较高，工艺较为简单，可靠性高，是目前SiC压力传感器研究的热点，也是成果最多的一种方案。1997年，德国柏林工业大学的Zeirmann 等人在SOI结构上生长了一层3C-SiC 薄膜，并利用RIE刻蚀出压敏电阻实现压力测量，工作温度达到450℃。NASAGlenn研究中心在压阻式压力传感器方面的研究开展得比较深入，该中心率先实现了全SiC结构的压敏芯片。压力敏感结构以6H-SiC作为基底，利用同质外延掺杂、干法刻蚀技术形成PN 结和压阻结构，再使用Ti/TaSi/Pt 膜系实现欧姆接触。传感器的样机最高工作温度能达到750℃。限制SiC压阻高温传感器工作温度的因素有两个：①高温下外延6H-SiC薄膜的压阻效应退化，Glenn中心的数据表明，6H-SiC薄膜在室温下的压阻系数为30，而在600℃时降为10-15；②SiC欧姆接触的使用温度限制，Ti/TaSi/Pt、Ta/Ni/Pt 等欧姆接触膜系的长期使用温度均不高于800℃。

SiC电容式压力传感器

电容结构的压力传感器具有灵敏度高、动态响应快、温度稳定性高的特点。美国西储大学对电容式高温压力传感器进行了深入的研究，2004年该校的Young Darrin J等人利用APCVD在硅衬底上沉积3C-SiC 薄膜制备了压力传感器，压力敏感单元结构如图所示，由于感压膜较薄，该传感器工作时，膜的中心与底部接触。这种传感器的最高工作温度可达到400℃，该温度下的灵敏度为7.7fF/torr。2008年该校的Chen Li又提出一种全SiC结构的电容式压力传感器。在该方案中Chen利用低温氧化物LTO（Low-temperature Oxidation）作为牺牲层和密封材料，该种传感器的最高工作温度为574℃。另外，法国LETI研究所也开展了SiC电容式高温压力传感器的研究，主要技术指标：工作温度高于600℃，量程65kPa-145kPa，灵敏度1pF/100kPa，非线性<1%FS，精度<1%FS25。国内北京遥测技术研究所的尹玉刚等人工作较为突出，研制了基于4H-SiC的全SiC电容式高温微压传感器，工作温度可达到600℃，实现了0~3kPa的微压测量，全温区精度达到3%，达到国内领先水平。与压阻式高温压力传感器类似，电容式高温压力传感器的工作温度同样受限于SiC欧姆接触的工作温度，另外高温下绝缘层漏电流的增大会降低电容测量精度。

SiC高温压力传感器主要关键工艺有：

1、电化学腐蚀

2、深反应离子刻蚀

SiC高温压力传感器目前存在的问题：

1、刻蚀深度难控制。

2、微通道影响，产生图案难。

3、无引线封装工艺

解决途径：

1、SiC基片可从市场上购买。

2、电化学腐蚀和深反应离子刻蚀相结合控制刻蚀深度。

3、使用高电导率的金属和玻璃粉构成熔融物作为电极和外引线的过渡。本文源自泽天传感，转载请保留出处。