一种电容式碳化硅高温压力传感器及其制备方法技术

一种电容式碳化硅高温压力传感器及其制备方法，传感器包括若干阵列布置的电容式碳化硅高温压力传感单元，每个电容式碳化硅高温压力传感单元包括衬底，衬底的两侧连接有支柱，衬底的中部连接有多个阵列布置的下电极，下电极和碳化硅薄膜上连接的多个阵列布置的上电极配合形成多个子电容，碳化硅薄膜两侧连接在支柱顶部，上电极顶部和上电极引线连接，上电极引线的上方设有玻璃盖板；相邻支柱之间与碳化硅薄膜、衬底形成空腔；上电极、下电极为竖直布置，通过改变上电极、下电极间面积来反应压力变化；制备方法采用刻蚀、溅射、腐蚀、键合等工艺，本发明专利技术增大输出信号，提高信噪比，提高线性度，提高压力传感器的工作温度。

【技术实现步骤摘要】
一种电容式碳化硅高温压力传感器及其制备方法
本专利技术属于压力传感器
，具体涉及一种电容式碳化硅高温压力传感器及其制备方法。
技术介绍
压力传感器是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的电信号输出的器件或装置，广泛应用于机载大气数据测试系统、航空大气数据校验仪、机舱压力测试、航空航天地面测试系统和高性能风洞等领域。同时，在现代先进战机上，常用来实现翼面和起落传动装置的液体高压控制、自动系统的液压控制、航空电子设备冷却气体气压测试、去冰系统的吹气压力测量、备用电源发动机油气进口端压力测试、座舱压力测量以及机上氧气系统监测等，为战机的控制和执行系统提供基础数据。电容式压力传感器是一种利用电容敏感元件将被测压力转换成与之成一定关系的电量输出的压力传感器，其主要优点在于输入能量低，动态响应快，环境适应性好。通常情况下，电容式压力传感器按照极距变化型电容式传感器，可分为单电容式压力传感器和差动电容式压力传感器；当薄膜感受压力而变形时，两种电容式压力传感器的薄膜与固定电极之间形成的电容量发生变化，通过测量电路即可输出与电压成一定关系的电信号，进而得到测量压力。单电容式压力传感器的制备相对简单，但其压力检测范围有限，当压力发生变化时，由于其改变的为上、下电极间的距离，因此根据平行板电容公式可以看出，其非线性较为明显，难以应用于大量程的压力检测。差动电容式压力传感器的受压膜片电极位于两个固定电极之间，构成两个电容器；在压力的作用下一个电容器的容量增大而另一个则相应减小，测量结果由差动式电路输出，其优点在于测量灵敏度高、线性度好，但由于对称度难以保证，因此加工较为困难。同时，这两种压力传感器均采用硅作为其薄膜结构，因此难以在高温条件下使用。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供了一种电容式碳化硅高温压力传感器及其制备方法，增大输出信号，提高信噪比；同时提高线性度；提高压力传感器的工作温度。为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种电容式碳化硅高温压力传感器，包括若干阵列布置的电容式碳化硅高温压力传感单元100，每个电容式碳化硅高温压力传感单元100包括衬底6，衬底6的两侧连接有支柱8，衬底6的中部连接有多个阵列布置的下电极5，下电极5和碳化硅薄膜4上连接的多个阵列布置的上电极3配合形成多个子电容，碳化硅薄膜4两侧连接在支柱8顶部，上电极3顶部和上电极引线2连接，上电极引线2的上方设有玻璃盖板1；通过支柱8将电容式碳化硅高温压力传感器分割为若干电容式碳化硅高温压力传感单元100，相邻支柱8之间与碳化硅薄膜4、衬底6形成空腔7；上电极3、下电极5为竖直布置，通过改变上电极3、下电极5间面积来反应压力变化。所述的上电极3和对应的下电极5形成平板电容压力感应单元9，若干电容式碳化硅高温压力传感单元100中的上电极3产生的信号由上电极引线2并联输出，下电极5产生的信号由衬底6并联输出。所述的空腔7区域长度为10μm～200μm，宽度为10μm～200μm。所述的支柱8高度为1μm～10μm，宽度为5μm～10μm。所述的碳化硅薄膜4的厚度为0.5μm～4μm。所述的上电极引线2为Ni电极。所述的衬底6为低阻碳化硅，电阻率低于0.01Ω·cm。一种电容式碳化硅高温压力传感器的制备方法，包括以下步骤：步骤1、取碳化硅作为基片，清洗后，形成碳化硅衬底；步骤2、在碳化硅衬底上表面刻蚀形成若干初始空腔和初始支柱；步骤3、对碳化硅衬底上表面进行二次刻蚀，形成二次空腔、支柱和下电极；步骤4、在步骤3所得的结构的上表面，溅射Si3N4，并经过化学机械抛光后，形成牺牲层结构；步骤5、在步骤4所得的结构的上表面刻蚀形成上电极空腔；步骤6、在步骤5所得的结构的上表面涂胶、光刻后，溅射低阻多晶硅，去胶后形成上电极；步骤7、在步骤6所得的结构的上表面溅射SiC，经过化学机械抛光后，形成碳化硅薄膜；步骤8、采用湿法腐蚀，将步骤7所得的结构中牺牲层结构去除，形成电容式碳化硅高温压力单元的空腔；步骤9、在步骤8所得的结构的上表面溅射金属Ni，形成上电极引线；步骤10、在步骤9所得的结构的上表面键合上玻璃盖板。相对于传统电容式压力传感器，本专利技术至少具有以下有益技术效果：1)将电容式压力传感器的上、下电极的布置位置由平行于薄膜形变方向改为垂直于薄膜形变方向，从而将原有的通过改变上、下电极间间距来反应压力变化的测量方式，改为通过改变上下电极间面积来反应压力变化的测量方式，根据平行板电容公式，该布置方法可以提高电容变化量的线性度，进而提高压力传感器的线性度；2)电容式碳化硅高温压力传感器设置有多个电容式碳化硅高温压力传感单元，并通过上电极引线及衬底将各个单元信号并联输出，相较于原有的单个电容式压力传感器，其输出信号变大，信噪比变大；3)采用碳化硅薄膜取代硅薄膜作为压力承载薄膜，提高压力传感器的工作温度。附图说明图1为本专利技术多个电容式碳化硅高温压力单元的俯视图。图2为本专利技术电容式碳化硅高温压力单元的半剖图。图3为本专利技术电容式碳化硅高温压力单元的工作原理示意图。图4为本专利技术的制备方法流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细说明。在实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。参照图1和图2，一种电容式碳化硅高温压力传感器，包括若干阵列布置的电容式碳化硅高温压力传感单元100，每个电容式碳化硅高温压力传感单元100包括衬底6，衬底6的两侧连接有支柱8，衬底6的中部连接有多个阵列布置的下电极5，下电极5和碳化硅薄膜4上连接的多个阵列布置的上电极3配合形成多个子电容，碳化硅薄膜4两侧连接在支柱8顶部，上电极3顶部和上电极引线2连接，上电极引线2的上方设有玻璃盖板1；通过支柱8将电容式碳化硅高温压力传感器分割为若干电容式碳化硅高温压力传感单元100，相邻支柱8之间与碳化硅薄膜4、衬底6形成空腔7。参照图3，所述的上电极3和对应的下电极5形成平板电容压力感应单元9，若干电容式碳化硅高温压力传感单元100中的上电极3产生的信号由上电极引线2并联输出，下电极5产生的信号由衬底6并联输出。所述的空腔7区域长度为10μm～200μm，宽度为10μm～200μm。所述的支柱8高度为1μm～10μm，宽度为5μm～10μm。所述的碳化硅薄膜4的厚度为0.5μm～4μm。...

【技术保护点】
1.一种电容式碳化硅高温压力传感器，其特征在于：包括若干阵列布置的电容式碳化硅高温压力传感单元(100)，每个电容式碳化硅高温压力传感单元(100)包括衬底(6)，衬底(6)的两侧连接有支柱(8)，衬底(6)的中部连接有多个阵列布置的下电极(5)，下电极(5)和碳化硅薄膜(4)上连接的多个阵列布置的上电极(3)配合形成多个子电容，碳化硅薄膜(4)两侧连接在支柱(8)顶部，上电极(3)顶部和上电极引线(2)连接，上电极引线(2)的上方设有玻璃盖板(1)；通过支柱(8)将电容式碳化硅高温压力传感器分割为若干电容式碳化硅高温压力传感单元(100)，相邻支柱(8)之间与碳化硅薄膜(4)、衬底(6)形成空腔(7)；/n上电极(3)、下电极(5)为竖直布置，通过改变上电极(3)、下电极(5)间面积来反应压力变化。/n

【技术特征摘要】
1.一种电容式碳化硅高温压力传感器，其特征在于：包括若干阵列布置的电容式碳化硅高温压力传感单元(100)，每个电容式碳化硅高温压力传感单元(100)包括衬底(6)，衬底(6)的两侧连接有支柱(8)，衬底(6)的中部连接有多个阵列布置的下电极(5)，下电极(5)和碳化硅薄膜(4)上连接的多个阵列布置的上电极(3)配合形成多个子电容，碳化硅薄膜(4)两侧连接在支柱(8)顶部，上电极(3)顶部和上电极引线(2)连接，上电极引线(2)的上方设有玻璃盖板(1)；通过支柱(8)将电容式碳化硅高温压力传感器分割为若干电容式碳化硅高温压力传感单元(100)，相邻支柱(8)之间与碳化硅薄膜(4)、衬底(6)形成空腔(7)；
上电极(3)、下电极(5)为竖直布置，通过改变上电极(3)、下电极(5)间面积来反应压力变化。


2.根据权利要求1所述的一种电容式碳化硅高温压力传感器，其特征在于：所述的上电极(3)和对应的下电极(5)形成平板电容压力感应单元(9)，若干电容式碳化硅高温压力传感单元(100)中的上电极(3)产生的信号由上电极引线(2)并联输出，下电极(5)产生的信号由衬底(6)并联输出。


3.根据权利要求1所述的一种电容式碳化硅高温压力传感器，其特征在于：所述的空腔(7)区域长度为10μm～200μm，宽度为10μm～200μm。


4.根据权利要求1所述的一种电容式碳化硅高温压力传感器，其特征在于：所述的支柱(8)高度为1μm～10μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：方续东，
申请(专利权)人：绍兴精传传感科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33