マイクロエレクトロメカニカルシステム（MEMS）圧力センサーは、航空宇宙、生物医学、産業制御、および環境モニタリングで広く使用されています。これは、測定オブジェクトへの低電力消費、小型、低コスト、低コストの低いため、環境モニタリングです。いくつかの研究では、ピエゾレオレシブまたは容量のMEMS圧力センサーが高圧測定を実現するために使用されています。ただし、これらのピエゾ抵抗性および容量性のミニチュア高圧センサーの両方が、深刻な温度乱れまたは直線性が低いため、フルレンジの精度を欠いています。
最近、中国科学アカデミー（CAS）は、宇宙宇宙宇宙情報革新研究所にあるJunbo Wang教授のチームを開発しました。これは、McMastersコンサルティングによるレポートによると、共鳴したミニチュア圧力センサーのダイヤフムの曲げとボリューム圧縮を組み合わせた複合圧力に敏感なメカニズムを開発しました。ミニチュアセンサーはマイクロマシンテクノロジーを使用して製造され、実験結果は、センサーの本格的な精度が±0。0 15％であることを示しています。関連する研究結果のタイトルは、「ダイアフラムの曲げと体積圧縮の複合圧力感受性メカニズムに基づく共振高圧マイクロセンサー」と呼ばれています。 Compression」は、Journal Microsystems＆Nanoengineeringに掲載されました。
下の図に示すように、空洞の底面に固定された共振器の応力状態は、複合メカニズムを介して外部圧力を反映できます。共振器を含む空洞は、ダイアフラムの曲げと体積圧縮を備えた複合構造で構築できます。この複合メカニズムを通じて、研究者は、ダイアフラム構造をより広い範囲で強化する小型化された空洞を備えた新しい共鳴ミニチュア高圧センサーを開発しました。さらに、異なる幅のデュアル共振器キャビティを利用することにより、高精度を達成できます。
共鳴ミニチュア高電圧センサーの全体的な設計
材料の選択は、{4-インチSOIウェーハ（デバイス層で40μm、酸化層で2μm、基質層で300μm）と2つの4-シリコンウェーハ（1 mmおよび2 mmの厚さ）によって達成されました。他の熱応力の導入を避け、安定した熱応力の分離を達成するために、分離層材料は、ドーピングレベルが低いN型シリコンであり、<100>オリエンテーション。主な製造プロセスには、ディープリアクティブイオンエッチング（DRIE）、共振器の放出、物理的蒸気堆積（PVD）、およびウェーハレベルの結合が含まれます。
共鳴ミニチュア高圧センサーの製造プロセス
実験結果は、製造された共鳴ミニチュア高圧センサーの精度が±0。0 15％のフルスケールの15％0。圧力感度は、差動周波数で261.10 Hz/MPa（〜2,033 ppm/MPa）です。差動周波数の圧力感度は、20度で261.10 Hz/ MPa（〜2523 ppm/ MPa）であり、デュアル共振器の温度感度は1.54 Hz/度（〜14.5 ppm/度）および1.57 Hz/ C（〜-15。異なる出力は、一定温度と圧力で0.02 Hzの範囲で優れた安定性を持っています。
共鳴ミニチュア高圧センサーの実験プラットフォームとテスト結果
要約すると、研究者は、ダイアフラムの曲げと体積圧縮を組み合わせて圧力/応力変換を効果的に実現することにより、共鳴ミニチュア圧力センサーの複合圧力依存メカニズムを検証し、マルチキャビティオールシリコン共鳴ミニチュア高圧力センサーをデュアル共振器と開発しました。 2つの従来の単一メカニズムと比較して、複合圧力感受性メカニズムは、高い測定範囲と広い温度範囲にわたる高精度を実現できます。陽性および陰圧感度を持つデュアル共振器の一致した設計は、2つの単一メカニズムの適応と組み合わせによって簡単に実現できます。異なる出力は、感度をさらに改善し、温度の自己補償を実現します。実験結果は、精度、品質要因、感度、安定性の観点から、このミニチュアセンサーの高性能を検証します。ただし、複合圧力感受性メカニズムに基づくマイクロセンサーの弱いダイアフラム構造は、圧力範囲のさらなる拡大を制限します。将来の作業は、高圧測定における実用的なアプリケーションの各共振器の周波数安定性を改善するために、センサーの応力と老化の観点から、分離アセンブリのさらなる最適化に焦点を当てるかもしれません。