溅射薄膜压力传感器工作原理和使用注意事项

薄膜压力传感器是一种广泛应用于薄膜压力传感器领域的先进传感器。与传统压力传感器相比，其技术先进、成本低廉、结构紧凑、使用寿命长、可靠性高、测量精度高。薄膜压力传感器可通过直接接触施加到薄膜表面的压力信号而实现压力测量，一般都在0.3 MPa左右（根据施加方向而变化),而且与薄膜的厚度关系密切。但随着技术的发展，薄膜材料已经发展到了纳米级别，相应的薄膜压力传感器的精度也将随之提高。由于薄膜材料中含有多孔结构，当其通过外力作用时就会产生应力，而在压力作用下薄膜则会变形。由于对半导体材料中多点测量能力最强，薄膜压力传感器可实现高度集成化。

1、结构

薄膜压力传感器中所用的材料主要分为半导体材料和薄膜材料两种。对于半导体材料来说，目前大多数薄膜压压传感器都是由两层以上的薄膜构成（如图1);对于薄膜材料来说，由于具有多孔结构，因此传感器内部都存在一个或多个压力信号源，可对这些信号进行分析处理后输出信号。为提高压力传感器的精度和可靠性，可以将压力传感器制成集成结构。例如在单层或多层薄膜中用焊接或钻孔的方法连接各节点，通过施加压力信号来实现温度或压力检测；对于多孔结构中同时存在两层或多层薄膜压传感器来说，其传感器壳在受到内部应力后会产生变形，从而降低传感器的精度和响应速度等都是一种较好的解决方案。目前所应用最广泛的就是半导体材料组成的薄膜压力传感器壳与单层铜箔材料组成的薄膜压力传感器壳之间连接器件，这种组件可以用来实现对多孔结构中薄膜及铜箔材料受到变形后产生相应力值情况判断并输出压力信号。

2、工作原理

薄膜压力传感器的工作原理与电化学压力传感器类似，均为通过薄膜使其发生变形（图1)。当压力信号被施加到薄膜上时，通过改变电化学键的长度和数量可以实现多级压力信号的输出，这种输出信号的大小与多个薄膜上压力信号同时施加的角度和速度有关。薄膜压力传感器主要有两种工作模式：压力信号和压力运动模式。在这种工作模式下，施加点上的压力与被测点的厚度成正比；而在其他两种模式下则不是这个关系：压力与被测点厚度成正比；压力运动模式下则取决于被测点的材料（如硅或其他导电金属）。随着膜厚的增加，薄膜压力传感器的分辨率也在不断提高，因此需要对薄膜的厚度进行优化，以使其具有较好的分辨率和更高的精度。薄膜压力传感器工作原理：在膜层上将电压转换成电流并通过电流产生信号传输至被测点上进行测量和处理，由于薄膜本身对压敏电阻性能要求很高导致其测试结果相对较低(1~10Ω）。采用膜层厚度设计可提高该传感器的精度。

3、使用注意事项

在使用前，应先测试其所处环境的温度，高于50℃时，应将其置于干燥或半干燥的地方。如温度低于25℃时，则测量结果不准确。如温度高于45℃时应取下进行测试。因薄膜压力传感器本身是由电子元器件组成的，为了避免电子元器件间存在干扰，在测量前要对传感器等进行调试。待完全调试完毕后方可安装使用。应避免阳光直射、灰尘及其他物品的刺激和影响测试结果。