摘要：采用微機電系統(tǒng)（ MEMS） 犧牲層技術制作的壓力傳感器具有芯片尺寸小，靈敏度高的優(yōu)勢，但同時也帶來了提高過載能力的難題。為此，利用有限元法，對犧牲層結構壓阻式壓力傳感器彈性膜片的應力分布進行了靜態(tài)線性分析和非線性接觸分析。通過這兩種分析方法的結合，準確的模擬出過載狀態(tài)下傳感器的應力分布。在此基礎上給出了壓力傳感器的一種結構設計方法，從而可使這種壓力傳感器過載保護能力提高180% ～ 220%。

　　采用MEMS 技術的小量程、高靈敏壓力傳感器通常有平膜、島膜、梁膜等結構，在設計過載保護時，一般采用凸臺等方法實現(xiàn)，形成方法有背部刻蝕技術、硅直接鍵合（ SDB） 技術、玻璃刻蝕技術等。然而這些結構的腔體尺寸較大，進一步提高靈敏度受到限制，而且降低了硅片利用率，增加了制造工藝的復雜度，提高了生產成本。目前小量程、高靈敏壓力傳感器的研究熱點集中在犧牲層結構壓力傳感器，這主要是因為犧牲層結構壓力傳感器彈性膜片很薄，厚度可做到2 μm，甚至更薄。在這樣薄的結構上，如果（ 采用擴散硅或多晶硅薄膜作為犧牲層結構壓力傳感器的應變電阻，其厚度相對較大，對彈性膜片應力分布影響很大，不利于犧牲層結構壓力傳感器的性能優(yōu)化，因此采用多晶硅納米薄膜制作應變電阻更能發(fā)揮犧牲層技術的優(yōu)點。

　　通常壓力傳感器的應變電阻是在單晶硅片上擴散或注入雜質的方式實現(xiàn)，為了改善溫度特性，后來也采用了多晶硅薄膜，但普通多晶硅薄膜的應變因子較小，不利于提高靈敏度。最新研究結果表明，多晶硅納米薄膜具有顯著的隧道壓阻效應，表現(xiàn)出比常規(guī)多晶硅薄膜更優(yōu)越的壓阻特性，重摻雜條件下其應變因子仍可達到34，具有負應變因子溫度系數(shù)，數(shù)值小于1 × 10 －3 /℃，電阻溫度系數(shù)可小于2 × 10 －4 /℃。因此，在犧牲層結構壓力傳感器上，采用多晶硅納米薄膜作應變電阻，可以提高靈敏度，擴大工作溫度范圍，降低溫度漂移。然而，犧牲層結構非常薄，如何提高傳感器的過載能力顯得尤為重要。對此，本文在保證傳感器滿量程范圍內線性響應的前提下，調整犧牲層厚度，通過彈性膜片與襯底的適當接觸來有效提高傳感器的過載能力。

　　1 犧牲層結構壓力傳感器

　　犧牲層結構壓力傳感器是指彈性膜片利用犧牲層技術制作而成的壓力傳感器，結構示意圖如圖1所示，其中AB（ A'B'） 為膜片寬度a，AA'（ BB'） 為膜片長度b，H1為膜片厚度，H2為犧牲層厚度。

圖1 犧牲層結構壓力傳感器

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