高温压力传感器在国内的发展情况

    基于SiC（SiliconCarbide）的高温压力传感器正逐步成为高温传感器领域的主流研究方向，经过二十多年的发展，SiC以其优良的高温机械特性、易加工性以及半导体材料自身的优点，已广泛应用于高温传感器的研制。不同原理的基于SiC的高温压力传感器不断涌现，传感器的性能也不断提高，可满足超高温以内（<800℃）大部分高温环境下的测压需求。

 

    随着欧姆接触使用温度不断提高，SiC光纤性能的不断改善，SiC在超高温环境下的测量也具有广阔的应用前景。目前，SiC高温压力传感器主要应用于航空和航天发动机、火箭发动机、航空发动机、重型燃气轮机、燃煤燃气锅炉等动力设备燃烧室内的压力监测。

 

    在国内，有生产SiC高温压力传感器的生产线，已经用于油井高温压力的的测量。在国外，已经有SiC高温压力传感器，大压力的较成熟，微压也有样品出售。能工作在600度左右，NASA出资合作研发。高温压力传感器较成熟的材料有基于SOI和SiC。据研究SOI在500度左右会经历塑性形变。而SiC可用于更高温度。

 

    基于SiC的高温压力传感器碳化硅作为第三代直接跃迁型宽禁带半导体材料，具有优良的抗辐照特性、热学性能、抗腐蚀性。Sic晶体形态较多，常用于研制高温压力传感器，包括a型的3C-SiC和B型的4H、6H-SiC，其中B-SiC在1600℃时仍能保持良好的机械强度，在制备高温传感器方面有广阔的应用前景。目前，SiC的干法刻蚀、欧姆接触制备、SiC-SiC圆片级键合等微加工技术已基本成熟，基于SiC的高温传感器已成为高温传感器的热门研究方向。基于SiC的高温压力传感器主要包括压阻式、电容式两大类。

 

    SiC压阻式高温压力传感器

 

    压阻式压力传感器灵敏度较高，工艺较为简单，可靠性高，是目前SiC压力传感器研究的热点，也是成果最多的一种方案。1997年，德国柏林工业大学的Zeirmann等人在SOI结构上生长了一层3C-SiC薄膜，并利用RIE刻蚀出压敏电阻实现压力测量，工作温度达到450℃。NASAGlenn研究中心在压阻式压力传感器方面的研究开展得比较深入，该中心率先实现了全SiC结构的压敏芯片。

 

    压力敏感结构以6H-SiC作为基底，利用同质外延掺杂、干法刻蚀技术形成PN结和压阻结构，再使用Ti/TaSi/Pt膜系实现欧姆接触。高温压力传感器的样机最高工作温度能达到750℃。限制SiC压阻高温传感器工作温度的因素有两个：①高温下外延6H-SiC薄膜的压阻效应退化，Glenn中心的数据表明，6H-SiC薄膜在室温下的压阻系数为30，而在600℃时降为10-15；②SiC欧姆接触的使用温度限制，Ti/TaSi/Pt、Ta/Ni/Pt等欧姆接触膜系的长期使用温度均不高于800℃。