更新時(shí)間:2024-06-01
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廠商性質(zhì):經(jīng)銷商
生產(chǎn)地址:德國(guó)
品牌 | HYDAC/德國(guó)賀德克 | 應(yīng)用領(lǐng)域 | 電子,交通,冶金,汽車,電氣 |
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目前,壓力傳感器芯體材質(zhì)品種繁多,下面簡(jiǎn)單介紹下幾種芯體材質(zhì)的性能
一、單晶硅
硅在集成電路和微電子器件生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用,主要是利用硅的電學(xué)特性;在MEMS微機(jī)械結(jié)構(gòu)中,則是利用其機(jī)械特性,繼而產(chǎn)生新一代的硅機(jī)電器件和裝置。硅材料儲(chǔ)量豐富,成本低。硅晶體生長(zhǎng)容易,并存在超純無(wú)雜的材質(zhì),不純度在十億分這一的量級(jí),因而本身的內(nèi)耗小,機(jī)械品質(zhì)因數(shù)可高達(dá)10^6數(shù)量級(jí)。設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)奈⒒顒?dòng)結(jié)構(gòu),如微傳感器,能達(dá)到極小的遲滯和蠕變、不錯(cuò)的重復(fù)性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性以及高可靠性。所以用硅材制作硅壓阻壓力傳感器,有利于解決長(zhǎng)困擾傳感器領(lǐng)域的3個(gè)難題——遲滯、重復(fù)性及長(zhǎng)期漂移。
硅材料密度為2.33g/cm^2,是不銹鋼密度的1/3.5,而彎曲強(qiáng)度卻為不銹鋼的3.5倍,具有較高的強(qiáng)度/密度比和較高的剛度/密度比。單晶硅具有很好的熱導(dǎo)性,是不銹鋼的5倍,而熱膨脹系數(shù)則不到不銹鋼的1/7,能很好地和低膨脹Invar合金連接,并避免熱應(yīng)力產(chǎn)生。單晶硅為立方晶體,是各向異性材料。許多機(jī)械特性和電子特性取決于晶向,如彈性模量和壓阻效應(yīng)等。
單晶硅的電阻應(yīng)變靈敏系數(shù)高。在同樣的輸入下,可以得到比金屬應(yīng)變計(jì)更高的信號(hào)輸出,一般為金屬的10-100倍,能在10^-6級(jí)甚至10^-8級(jí)上敏感輸入信號(hào)。硅材料的制造工藝與集成電路工藝有很好的兼容性,便于微型化、集成化及批量生產(chǎn)。硅可以用許多材料覆蓋,如氮化硅,因而能獲得優(yōu)異的防腐介質(zhì)的保護(hù)。具有較好的耐磨性。
綜上所述,硅材料的優(yōu)點(diǎn)可歸為:優(yōu)異的機(jī)械特性;便于批量微機(jī)械結(jié)構(gòu)和微機(jī)電元件;與微電子集成電路工藝兼容;微機(jī)械和微電子線路便于集成。
正是這些優(yōu)點(diǎn),使硅材料成為制造微機(jī)電和微機(jī)械結(jié)構(gòu)最主要的優(yōu)選材料。但是,硅材料對(duì)溫度極為敏感,其電阻溫度系統(tǒng)接近于2000×10^-6/K的量級(jí)。因此,凡是基于硅的壓阻效應(yīng)為測(cè)量原理的傳感器,必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償,這是不利的一面;而可利用的一面則是,在測(cè)量其他參數(shù)的同時(shí),可以直接對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量。
二、多晶硅
多晶硅是許多單晶(晶粒)的聚合物。這些晶粒的排列是無(wú)序的,不同晶粒有不同的單晶取向,而每一晶粒內(nèi)部有單晶的特征。晶粒與晶粒之間的部位叫做晶界,晶界對(duì)其電特性的影響可以通過(guò)摻雜原子濃度調(diào)節(jié)。多晶硅膜一般由低壓化學(xué)氣相淀積(LPVCD)法制作而成,其電阻率隨摻硼原子濃度的變化而發(fā)生較大變化。多晶硅膜的電阻率比單晶硅的高,特別在低摻雜原子濃度下,多晶硅電阻率迅速升高。隨摻雜原子濃度不同,其電阻率可在較寬的數(shù)值范圍內(nèi)變化。
多晶硅具有的壓電效應(yīng):壓縮時(shí)電阻下降,拉伸時(shí)電阻上升。多晶硅電阻應(yīng)變靈敏系統(tǒng)隨摻雜濃度的增加而略有下降。其中縱向應(yīng)變靈敏系數(shù)最大值約為金屬應(yīng)變計(jì)最大值的30倍,為單晶硅電阻應(yīng)變靈敏系數(shù)最大值的1/3;橫向應(yīng)靈敏系數(shù),其值隨摻雜濃度出現(xiàn)正負(fù)變化,故一般都不采用。此外,與單晶硅壓阻相比,多晶硅壓阻膜可以在不同的材料襯底上制作,如在介電體(SiO2、Si3N4)上。其制備過(guò)程與常規(guī)半導(dǎo)體工藝兼容,且無(wú)PN結(jié)隔離問(wèn)題,因而適合更高工作溫度(t≥200℃)場(chǎng)合使用。在相同工作溫度下,多晶硅壓阻膜與單晶硅壓阻膜相比,可更有效地抑制溫度漂移,有利于長(zhǎng)期穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)。多晶硅電阻膜的準(zhǔn)確阻值可以通過(guò)光刻手段獲得。
綜上所述,多晶硅膜具有較寬的工作溫度范圍(-60~+300℃),可調(diào)的電阻率特性、可調(diào)的溫度系數(shù)、較高的應(yīng)變靈敏系數(shù)及能達(dá)到準(zhǔn)確調(diào)整阻值的特點(diǎn)。所以在研制微傳感器和微執(zhí)行器時(shí),利用多晶硅膜這些電學(xué)特性,有時(shí)比只用單晶硅更有價(jià)值。例如,利用機(jī)械性能優(yōu)異的單晶硅制作感壓膜片,在其上覆蓋一層介質(zhì)膜SiO2,再在SiO2上淀積一層多晶硅壓阻膜。這種混合結(jié)構(gòu)的微型壓力傳感器,發(fā)揮了單晶硅和多晶硅材料各自的優(yōu)勢(shì),其工作高溫至少可達(dá)200℃,甚至300℃;低溫為-60℃。
三、硅-藍(lán)寶石
硅-藍(lán)寶石材料是通過(guò)外延生長(zhǎng)技術(shù)將硅晶體生長(zhǎng)在藍(lán)寶石(α-Al2O3)襯底上形成的。硅晶體可以認(rèn)為是藍(lán)寶石的延伸部分,二者構(gòu)成硅-藍(lán)寶石SOS(Silicon On Sapphire)晶片。藍(lán)寶石材料為絕緣體,在其上面淀積的每一個(gè)電阻,其電性能是*獨(dú)立的。這不僅能消除因PN結(jié)泄漏而產(chǎn)生的漂移,還能提供很高的應(yīng)變效應(yīng)和高溫(≥300℃)環(huán)境下的工作穩(wěn)定性。藍(lán)寶石材料的遲滯和蠕變小到可以忽略不計(jì)的程度,因而具有不錯(cuò)的重復(fù)性;藍(lán)寶石又是一種惰性材料,化學(xué)穩(wěn)定性好,耐腐蝕,抗輻射能力強(qiáng);藍(lán)寶石的機(jī)械強(qiáng)度高。
綜上所述,充分利用硅-藍(lán)寶石的特點(diǎn),可以制作出具有耐高溫、耐腐蝕及抗輻射等*性能的傳感器和電路;但要獲得精度高、穩(wěn)定可靠的指標(biāo),還必須解決好整體結(jié)構(gòu)中材料之間的熱匹配性,否則難以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。由于硅-藍(lán)寶石材料又脆又硬,其硬度僅次于金剛石,制作工藝技術(shù)比較復(fù)雜。
四、化合物半導(dǎo)體材料
硅是制作微機(jī)電器件和裝置的主要材料。為了提高器件和系統(tǒng)的性能以及擴(kuò)大應(yīng)用范圍,化合物半導(dǎo)體材料在某些專門技術(shù)方面起著重要作用。如在紅外光、可見光及紫外光波段的成像器和探測(cè)器中,PbSe、InAs、Hg1-xCdxTe(x代表Cd的百分比)等材料得到日益廣泛的應(yīng)用。
現(xiàn)以紅外探測(cè)器為例加以說(shuō)明。利用紅外幅射與物質(zhì)作用產(chǎn)生的各種效應(yīng)發(fā)展起來(lái)的,實(shí)用的光敏探測(cè)器,主要是針對(duì)紅外幅射在大氣傳輸中透射率較為清晰的3個(gè)波段(1-3μm,3-5μm,8-14μm)研制的。對(duì)于波長(zhǎng)1-3μm敏感的探測(cè)器有PbS、InAs及Hg0.61Cd0.39Te;對(duì)于波長(zhǎng)3-5μm敏感的探測(cè)器有InAs、PbSe及Hg0.73Cd0.27Te;對(duì)于波長(zhǎng)8-14μm敏感的探險(xiǎn)測(cè)器則有Pb1-xSnxTe、Hg0.8Cd0.2Te及非本征(摻雜)半導(dǎo)體Ge:Hg,Si:Ga及Si:Al等。其中3元合金Hg1-xCdxTe是一種本征吸收材料,通過(guò)調(diào)整材料的組分,不僅可以制成適合3個(gè)波段的器件,還可以開發(fā)更長(zhǎng)工作波段(1-30μm)的應(yīng)用,因而備受人們的關(guān)注。
須指出的是,上述材料需要在低溫(如77K)下工作。因?yàn)樵谑覝叵?,由于晶格振?dòng)能量與雜質(zhì)能量的相互作用,使熱激勵(lì)的載流子數(shù)增加,而激發(fā)的光子數(shù)則明顯減少,從而降低了波長(zhǎng)區(qū)的探測(cè)靈敏度。
五、SiC薄膜材料
SiC是另一種在特殊環(huán)境下使用的化合物半導(dǎo)體。它由碳原子和硅原子組成。利用離子注入摻雜技術(shù)將碳原子注入單晶硅內(nèi),便可獲得優(yōu)質(zhì)的立方體結(jié)構(gòu)的SiC。隨著摻雜濃度的差異得到的晶體結(jié)構(gòu)不同,可表示為β-SiC。β表示不同形態(tài)的晶體結(jié)構(gòu)。用離子注入法得到的SiC材料,自身的物理、化學(xué)及電學(xué)特性優(yōu)異,表現(xiàn)出高強(qiáng)度、大剛度、內(nèi)部殘余應(yīng)力很低、化學(xué)惰性*、較寬的禁帶寬度(近乎硅的1-2倍)及較高的壓阻系數(shù)的特性;因此,SiC材料能在高溫下耐腐蝕、抗輻射,并具有穩(wěn)定的電學(xué)性質(zhì)。非常適合在高溫、惡劣環(huán)境下工作的微機(jī)電選擇使用。
由于SiC單晶體材料成本高,硬度大及加工難度大,所以硅單晶片為襯底的SiC薄膜就成為研究和使用的理想選擇。通過(guò)離子注入,化學(xué)氣相淀積(VCD)等技術(shù),將其制在Si襯底上或者絕緣體襯底(SiCOI)上,供設(shè)計(jì)者選用。例如航空發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭、衛(wèi)星等耐熱腔體及其表面部位的壓力測(cè)量,便可選用以絕緣體為襯底的SiC薄膜,作為感壓元件(膜片),并制成高溫壓力微傳感器,實(shí)現(xiàn)上述場(chǎng)合的壓力測(cè)量。測(cè)壓時(shí)的工作溫度可達(dá)到600℃以上。
除使用單晶SiC(Single-SiC)薄膜外,在MEMS的許多應(yīng)用場(chǎng)合,還可選用多晶SiC(Poly-SiC)薄膜。與單晶SiC薄膜相比,多晶SiC的適用性更廣。它可以在多種襯底(如單晶硅、絕緣體、SiO2犧牲層及非晶硅等)上,采用等離子體強(qiáng)化氣相淀積,物理濺射、低壓氣相淀積及電子束放射等技術(shù)生長(zhǎng)成薄膜,供不同場(chǎng)合選擇使用。
總之,SiC是一種具有優(yōu)良性質(zhì)的材料,具有寬帶隙、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)、高熱導(dǎo)率、高電子飽和速度及優(yōu)良的力學(xué)和化學(xué)性能。這些特性使SiC材料適合制造高溫、高功率及高頻率電子器件時(shí)選用;也適合制造高溫半導(dǎo)體壓力傳感器時(shí)選用。
賀德克傳感器常用型號(hào):
賀德克傳感器EDS3348-5-0016-000-F1
賀德克傳感器EDS 3346-3-0016-Y00-F1
賀德克傳感器EDS 344-3-250-D00
賀德克傳感器EDS 1792-P-100-009(725PSI)
賀德克傳感器EDS 1791-N-600-009(450bar)
賀德克傳感器HDA3840-A-400-124
賀德克傳感器HDA 4744-A-600-000
賀德克傳感器EDS 346-3-400-001
賀德克傳感器HDA 4445-A-250-031(200bar)
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賀德克傳感器HDA3845-A-400-YOO
賀德克傳感器HDA 4444-A-600-000
賀德克傳感器EDS 1792-N-016-000(232PSI)
賀德克傳感器HDA 4745-A-0250-S00
賀德克傳感器ENS3218-5-0520-000-K
賀德克傳感器HDA 4746-A-016-000
賀德克傳感器HDA 4445-A-0250-S00
賀德克傳感器HDA3740-A-300-124
賀德克傳感器HDA 4746-A-060-000
賀德克傳感器EDS346-2-400-000
賀德克傳感器ETS1701-100-000
賀德克傳感器EDS 1792-P-250-009(2900PSI)
賀德克傳感器HDA 4744-A-016-031(-1...9bar)
賀德克傳感器HDA3845-A-250-000
賀德克傳感器EDS346-3-040-000
賀德克傳感器4145-A-01 0-000-E1