溅射薄膜压力传感器材料和工作原理

近年来，电子设备技术发展迅猛，薄膜压力传感器由于其具有可靠性高、尺寸小、成本低等优点，已经成为重要的压力传感器材料。目前，薄膜压力传感器已成为电子设备制造领域新兴的重要材料，其广泛应用于航空航天、国防军工、医疗器械、新能源汽车、航空航天等领域。同时，薄膜压力传感器还被广泛应用于精密电子设备、精密仪器等诸多领域，并且已经成为电子设备中广泛使用的压力传感器。对于压力传感器而言，薄膜压力传感器具有可靠性高、尺寸小、成本低等优点以取代传统压力传感器，因此受到了电子技术人员和研究人员的广泛关注。随着半导体技术迅猛发展以及电子器件越来越复杂，其对传感器信号质量提出了更高要求，传统压力传感器已无法满足其实际应用需求。因此研究新型薄膜压力传感器已经成为提高电子设备可靠性和性能至关重要的手段。

1工作原理

薄膜压力传感器具有传统压敏电阻和压力波信号，其工作原理主要包括：首先，薄膜压力传感器将施加于基底材料上的一个电压信号转化为一个电信号（电压信号通过电介质和半导体介质进行传递);然后，在该电压信号与电流信号耦合之后，电压通过信号线进行传导。由于信号线中存在电荷载作用机理，其产生电阻反应可以分为两种：电压–电流耦合电阻反应：该反应通过电子对压电介质施加电压从而使电子经过半导体时，电子可以被金属载流子吸收而被激发出来，从而产生电阻信号；并且随着电流增加，电压信号发生变化，而金属载流子又可以被电子迁移而到达金属载流子，从而产生电阻信号。因此，当电极在施加一定浓度下时会出现电压与电流不平衡而产生电阻反应，因此电压与电流不平衡导致了电荷载流子不能通过导体膜流向导电介质而被激发出来。这种电压–电流耦合传感器具有精度高、稳定性好、重复性好等特点。由于电压—电流耦合过程涉及电介质材料和电极材料两个重要研究方向，因此本文主要研究通过不同材料在电介质材料上构筑不同电阻形式或结构来实现电压耦合信号和电流耦合信号的检测。为了进一步实现电压与电流耦合信号在电子设备上的广泛应用，必须对其结构进行进一步优化和完善。

2影响薄膜压力传感器性能的因素

薄膜压力传感器需要具有足够的抗压性，而这一特性对于薄膜压力传感器来说十分重要。由于薄膜压敏电阻的线性关系与施加不同压力会产生不同的线性变化，因此控制好薄膜压力传感器对施加的压力是非常重要的。此外，不同材料具有不同的化学性质也会影响这一特性。例如，溅射效应会导致陶瓷表面生成钝化膜、金属层等。另外，与其他材料相比，溅射薄膜工艺对应力具有更加敏感的作用。因此在实际应用中薄膜压力传感器必须要有足够高的应变响应能力。通过控制溅射效应和物理过程可获得最佳反应度来提高材料性能、减小传感器体积。

3小结与展望

在现代电子设备中，随着微型化，柔性化等新技术的不断发展，传感器成为了提高电子产品性能稳定、成本低、易制备等的关键。同时，由于薄膜压力传感器具有高的信号质量、高灵敏度和小尺寸等特点，从而被广泛使用，并且已经成为重要的电子设备制造领域新兴的重要材料。在未来几年内，随着微电子技术以及纳米技术的快速发展，薄膜压力传感器将获得更加广泛的应用。在该领域下，对于薄膜压力传感器而言，应该着重解决以下几个问题：一是新型薄膜压力传感器技术如何高效、高精度地制备出小尺寸且灵敏系数高的传感器仍然是挑战。二是如何在薄膜压力传感器上实现传感元件集成及功能拓展以提高传感效果，同时有效降低器件成本及减小尺寸。三是如何实现高性能、高性价比 MEMS技术领域下新型薄膜压力检测器件以及系统解决方案等相关问题，以进一步提高膜片集成器件与系统的设计与制造效率，以期达到更高效、更稳定、高空间分辨率（可达2μ m)的传感效果。