【产学研】为高精度测量而生 CMOS压力传感器将成为运动手表的下一个春天

随着便携式终端的日益丰富和MEMS传感器件体积的缩小，从笔记本、智能手机到小型平板，MEMS传感器件的应用逐渐显露锋芒。在加速度传感器和指南针得到广泛应用后，压力传感器由于其对气压和海拔高度的独特感知功能被许多应用厂家看重。

首先，对高度信息的诉求直接催生了大气压感知器件，可以用于GPS、运动手表等设备中测量大气压和高度，提供更精准的导航和移动位置服务。例如，跳伞、滑翔、登山运动中的大气压力测量和高度显示，3D-GPS的海拔高度辅助显示，高层楼宇的楼层定位等等；

其次，配合湿度、温度传感器即可以形成微型气象站，除提高楼宇、场馆等局部地点的精确气候感知能力外，还显示出在个人出行管理和城市信息管理方面崭新的应用。

除了面向天气预报和智能移动设备市场，压力传感器同样适合医疗设备、空气环境控制系统和工业设备等领域。例如呼吸设备、睡眠辅助设备和健康监测系统等医疗设备领域；空调系统、环境监测控制系统中的压力监测、调整；以及广泛的工业设备市场。

本案例采用的场效应管压力传感器采用CMOS MEMS微机械加工技术制造，拥有优质的整机信噪比以及超高期间线性度，在500K Pa的量程内，非线性误差能达到0.01%，该项目来自中国科学院深圳研究院，如需开发同类项目，我们可提供技术团队对接服务。



工作原理

本项目提出利用MOSFET结构中的栅极对漏极电流的控制工作原理，基于标准CMOS工艺进行简单的post-CMOS加工（即CMOS MEMS技术）得到硅微加工压力传感器。器件悬空的振膜被悬臂梁支撑，埋在振膜的金属作为控制栅，浮栅器件由埋在介质层的MOS晶体管，以及由二氧化硅、空气层、二氧化硅组成的复合介质层形成栅介质，浮栅由由固有的多晶硅栅充当。


控制栅和浮栅埋在二氧化硅可以提高击穿电压和工作稳定性，同时避免电压过载产生塌陷；牺牲层金属腐蚀后形成空气间隙层。在等离子体干法刻蚀氧化硅过程中，牺牲层金属还未腐蚀释放起到保护层作用，MOS晶体管的核心结构埋在氧化硅中，等离子体对晶体管不会产生损害，使晶体管保持原有的完整性。MOS场效应管压力传感器很好的克服了传统电容式压力传感器的电容微弱难以测量的缺点。

此外，本场效应管压力传感器完全基于标准CMOS工艺，无需考虑IC工艺的兼容性问题；传感器与信号处理电路集成在同一硅芯片上，通过简单的电压-电流转换原理，利用漏极电流的变化测出压力的变化，实现了低功耗低成本的传感器制作。

产品优势

CMOS MEMS技术路线具有以下一系列优点：

1）CMOS工艺早已标准化，易于与外围电路集成，将大大提高芯片良率和整机信噪比；

2）批量生产的成本相对较低，有利于压力传感器的研究和产业化，市场前景很好；

3）CMOS MEMS是MEMS发展的大方向，提早介入有利于占领技术和市场制高点。压力传感器器件线性度非常好，量程内的非线性误差达到0.01%，量程为500K Pa。

关于快包与“产学研”

产学研即产业、学校、科研机构等相互配合，发挥各自优势，形成强大的研究、开发、生产一体化的先进系统并在运行过程中体现出综合优势。 产学研合作是指企业、科研院所和高等学校之间的合作，通常指以企业为技术需求方，与以科研院所或高等学校为技术供给方之间的合作，其实质是促进技术创新所需各种生产要素的有效组合。

快包一直致力推动智能产业的发展，通过构建外包平台的形式促进智能产品方案供需双方的合作。如今快包携手“产学研”旨在让科研走进市场。为此快包整理了一系列来自研究机构以及高校的科研团队资料，推出大型产学研系列专题文章。通过展示他们的项目案例促进智能产业界对他们更深层次的了解。这些团队能够提供攻坚技术和前沿核心技术，精准解决一些较大企业的技术实现难题。

欲对接产学研项目，请联系：kb@52solution.com 或 400-085-2125