壓力傳感器是一種用來檢測壓力信號，將壓力信號按一定規(guī)律轉化為電信號的器件，廣泛應用于各類生產(chǎn)、工業(yè)及航空航天領域。隨著應用領域的細分，高溫油井、各類發(fā)動機腔體等高溫惡劣環(huán)境下的壓力測量愈發(fā)重要，而普通壓力傳感器所用材料在超過一定溫度時會失效，導致壓力測量失敗。因此，高溫壓力傳感器成為一個非常重要的研究方向。
天沐先總結下高溫壓力傳感器的分類：
根據(jù)所用材料的不同，高溫壓力傳感器可以分為多晶硅（Poly-Si）高溫壓力傳感器、SiC高溫壓力傳感器、SOI（silicon on insulator）高溫壓力傳感器、SOS（silicon on sapphire）硅-藍寶石壓力傳感器、光纖高溫壓力傳感器等不同類型。而從目前發(fā)展情況來看，SOI高溫壓力傳感器的研究現(xiàn)狀及前景都非常理想。下面主要介紹SOI高溫壓力傳感器。
SOI高溫壓力傳感器的發(fā)展主要依托SOI材料的興起。SOI即絕緣體上硅，主要指以SiO2為絕緣層預埋在Si襯底層和Si頂層器件層中間形成的半導體材料。SOI的特殊結構使得器件層與襯底層之間實現(xiàn)了絕緣，消除了體硅中常見的門閂效應，提高了器件的可靠性。另外，由于SOI器件層的高溫特性使得其成為制備高溫壓力傳感器的理想材料。
從原理上講，SOI高溫壓力傳感器主要利用的是單晶硅的壓阻效應。當力作用于硅晶體上，晶體的晶格發(fā)生形變，進而導致載流子的遷移率發(fā)生變化，使得硅晶體的電阻率發(fā)生變化。通過在SOI頂層器件層的特定方向刻蝕出4個壓敏電阻，構成惠斯通電橋；在SOI的襯底層刻蝕出壓力背腔，進而形成壓力敏感結構。
SOI高溫壓力傳感器制備工藝
SOI高溫壓力傳感器的制備工藝涉及多道MEMS工藝，主要包括壓敏電阻制備、金屬引線制備、壓力敏感膜制備以及壓力腔封裝等工藝。
壓敏電阻的制備關鍵在于摻雜濃度的把控及后續(xù)刻蝕成型工藝的優(yōu)化；金屬引線層則主要起到惠斯通電橋的聯(lián)通；壓力敏感膜的制備主要依托深硅刻蝕工藝；壓力腔的封裝通常會因壓力傳感器的用途不同而有所變化，本文給出的兩種可能的封裝形式。
由于目前商業(yè)化的高溫壓力傳感器還無法很好的滿足高溫油井、航空發(fā)動機等特殊惡劣環(huán)境對壓力測量的需求，未來高溫壓力傳感器的研究已成必然。
SOI材料因其特殊結構及高溫特性，已經(jīng)成為高溫壓力傳感器的理想材料，未來對于SOI高溫壓力傳感器的研究應該集中在解決高溫惡劣環(huán)境下傳感器的長期穩(wěn)定性、自發(fā)熱問題及提高壓力傳感器精度等方面。