壓力傳感器的研究現狀及發展趨勢

傳感器技術是現代測量與自動化系統中的重要技術之一。從太空開發到海底勘探，從生產過程控制到現代文明生活，幾乎每一項技術都離不開傳感器。許多國家都非常重視傳感器技術的發展。例如，六大關鍵技術（計算機、通信、激光、半導體、超導和傳感器）被列為日本的傳感器技術之一；因此，從事現代測量和自動控制的技術人員有必要了解和熟悉壓力傳感器的開發過程。

現代壓力傳感器以半導體傳感器的發明為標志。半導體傳感器的發展可以分為四個階段：

發明階段（1945-1960）

這一階段的主要標志是1947年雙極晶體管的發明。從那時起，半導體材料的這種性質就得到了廣泛的應用。C.S.Smith在1945年發現了硅和鍺的壓阻效應，即當外力施加到半導體材料上時，它們的電阻會發生顯著變化。根據這一原理，壓力傳感器是通過在金屬膜上粘貼應變電阻器制成的，應變電阻器將力信號轉換為電信號進行測量。

技術發展階段（1960-1970）

隨著硅擴散技術的發展，應變電阻直接擴散到晶體表面。技術人員在硅的（110）或（001）晶體表面選擇合適的晶體方向，然后形成一層薄的硅彈性膜，在背面加工成凹形，稱為硅杯。該硅杯傳感器具有體積小、穩定性好、成本低、重量輕、靈敏度高、易于集成等優點。金屬硅共晶的實現為商業化發展提供了可能。

商業綜合加工階段（1970年至1980年）

基于硅杯的擴散理論，采用了硅的各向異性腐蝕技術。擴散硅傳感器已經發展成為一種可以自動控制硅膜厚度的硅各向異性處理技術。加工技術主要集中在硅的各種各向異性腐蝕技術上。主要包括V型槽法、濃硼自動停止法、陽極氧化自動停止法和微機控制自動停止法。由于腐蝕可以同時在多個表面上進行，因此可以同時生產數千個硅壓力膜，從而實現集成的工廠加工模式，并進一步降低成本。

微加工階段（1980年至今）

上世紀末納米技術的出現使微機械加工成為可能。通過微加工工藝，可以通過計算機控制對結構壓力傳感器進行加工，并將其線性控制在微米范圍內。使用這項技術，壓力傳感器可以進入微米級，可以在微米級通道、條帶和膜中進行機械加工和蝕刻。

在各種傳感器中，壓力傳感器可廣泛用于壓力、高度、加速度、液體流量、流量、液位和壓力的測量和控制，具有體積小、穩定可靠、成本低、重量輕、靈敏度高、易于集成等優點。壓力傳感器已經成為一種性能穩定、性價比高、技術成熟的傳感器。