[實(shí)用新型]一種高溫薄膜壓力敏感元件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201621384108.6
• 申請(qǐng)日: 2016-12-16
• 公開（公告）號(hào): CN206362469U
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戚龍;高波;鄭致遠(yuǎn);潘婷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陜西電器研究所
• 主分類號(hào): G01L1/22
• 分類號(hào): G01L1/22;G01L9/04
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司61100
• 代理人: 李中群

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于壓力測(cè)量裝置技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高溫薄膜壓力敏感元件。

背景技術(shù)

壓力敏感元件按其原理可分為電阻式、電容式、電感式、壓電式及光電式等，能夠制作成薄膜類的壓力敏感元件一般僅限于電阻式結(jié)構(gòu)。在電阻式結(jié)構(gòu)中目前常規(guī)使用的是硅壓阻式薄膜壓力敏感元件，該元件采用了硅材料的壓阻效應(yīng)，在其薄膜元件受壓時(shí)，電阻值發(fā)生變化從而能夠達(dá)到測(cè)壓的目的。但這類薄膜壓力敏感元件中存在pn節(jié)，該結(jié)構(gòu)會(huì)在高溫下產(chǎn)生“質(zhì)變”，使得敏感元件在高溫下的性能及穩(wěn)定性極差，不能長期進(jìn)行高溫測(cè)量。目前，本領(lǐng)域只是在某些大型科研機(jī)構(gòu)開發(fā)出了高溫壓力敏感元件為核心的壓力傳感器，如已經(jīng)出現(xiàn)了部分在可400℃～500℃之間使用的以高溫薄膜為基礎(chǔ)的高溫壓力傳感器，其主要的結(jié)構(gòu)是以單晶硅或多晶硅為基礎(chǔ)研制的薄膜系統(tǒng)，但同樣由于硅本身中pn節(jié)的作用，限制了以多晶硅和單晶硅為基礎(chǔ)的高溫薄膜系統(tǒng)的開發(fā)。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題加以解決，提供一種結(jié)構(gòu)科學(xué)合理、精度高、長期穩(wěn)定性好、動(dòng)態(tài)頻響高、可在高溫下進(jìn)行穩(wěn)定壓力測(cè)量的高溫薄膜壓力敏感元件。

用于實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)解決方案如下所述。

一種高溫薄膜壓力敏感元件，包括一個(gè)金屬材料制的罩筒形耐高溫彈性體，在耐高溫彈性體的表面自下而上依次設(shè)置有介質(zhì)薄膜、壓敏薄膜和保護(hù)膜，其中，介質(zhì)薄膜是由多層SiO₂膜和多層Al₂O₃疊加構(gòu)成的總厚度為1.0～1.2微米的薄膜，壓敏薄膜為通過離子束濺射沉積及光刻工藝制成的厚度為100～200納米的NiCr合金平面電阻膜，在壓敏薄膜上復(fù)制有惠斯通電橋，保護(hù)膜為通過反應(yīng)離子束濺射沉積工藝制成的厚度為100～200納米的Si₃N₄材料膜。

上述高溫薄膜壓力敏感元件中，連接惠斯頓電橋的四個(gè)電阻(R1、R2、R、R4)處于耐高溫彈性體感受壓力后的表面應(yīng)變區(qū)內(nèi)，能夠產(chǎn)生一定比例的信號(hào)輸出。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)如下所述。

一、本實(shí)用新型所述的薄膜壓力敏感元件采用了應(yīng)變式電阻結(jié)構(gòu)，在不銹鋼基底上采用離子束濺射鍍膜、離子束刻蝕以及微加工工藝相配合，制成耐高溫薄膜壓力敏感元件，該薄膜壓力敏感元件中不存在硅材料，沒有pn節(jié)，溫度對(duì)其影響較小，且薄膜致密、附性強(qiáng)，制作的薄膜遠(yuǎn)見長期穩(wěn)定性好。

二、具有500℃高溫下穩(wěn)定可靠測(cè)壓能力。本實(shí)用新型采用磁控濺射及離子束濺射技術(shù)制作薄膜壓力敏感元件的敏感膜層，薄膜本身具有很高的溫度穩(wěn)定性，再附加高溫承壓彈性體，制作出的薄膜壓力敏感元件可在500℃高溫下穩(wěn)定可靠壓力測(cè)量。

三、精度高。本實(shí)用新型由于將高溫壓敏薄膜制作成了惠斯頓電橋，利用了同種材料具有相同溫度系數(shù)的特點(diǎn)，對(duì)高溫薄膜壓力敏感元件的進(jìn)行了自補(bǔ)償效應(yīng)，因此本實(shí)用新型所述壓力敏感元件在500℃高溫下的最高測(cè)量精度可以達(dá)到0.1級(jí)。

四、長期穩(wěn)定性好。本實(shí)用新型所述產(chǎn)品由于采用了離子束濺射及微加工技術(shù)制作，使得傳感器零點(diǎn)溫度漂移、綜合精度大大提高，其中零點(diǎn)溫度漂移能夠達(dá)到小于0.002％FS/℃的水平。

五、動(dòng)態(tài)頻響高。本實(shí)用新型所述產(chǎn)品由于采用了離子束濺射鍍膜技術(shù)制作，使得壓力敏感元件膜層的總厚度小于2微米，薄膜壓力敏感元件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度高。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型中壓敏薄膜的掩模圖。

圖3是本實(shí)用新型中保護(hù)膜的掩模圖。

圖中各數(shù)字標(biāo)記名稱分別是：1－耐高溫彈性體，2－介質(zhì)薄膜，3－壓敏薄膜，4－保護(hù)膜。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型內(nèi)容做進(jìn)一步說明，但本實(shí)用新型的實(shí)際制作結(jié)構(gòu)并不僅限于下述的實(shí)施例。