抗高热压强传感器作为微型机电系统（MEMS）的主要成品之一，在国民产业与国防科技两大领域展现出巨大的发展潜力。在详细应用上，民用方面可以监测化学反应容器及金属炼炉中的压力状况，高温油田及多种引擎室内的压力数据；而在军事领域，则能于航天器和航空器的姿态调整、高速飞行物及长程高速飞行武器的航向控制、射流式引擎、火箭、导弹、卫星等高温环境下的腔体及表层的压力监测中发挥作用。眼下，在商业领域普遍使用的是硅压阻式传感器，它采用硅扩散技术，不仅制造工艺经过考验，性能也颇为卓越。然而，这种传感器由于P—N结的耐热性局限，测压操作只能在120℃的环境中进行，一旦温度升高超过此界限，其功能将会迅速退化，乃至完全失效。特别是在温度达到600℃的情况下，传感器会遭受塑性形变和电流的泄露问题，这将严重破坏信号处理系统和电路，造成功能失调。这样的表现显然无法满足航天、石油化学工业以及汽车电子等行业对于高温环境下压力检测的苛刻需求。鉴于此，近些年传感器研究领域的众多专家投入巨大的精力，致力于开发耐受高温的压力传感器，已经有许多研究成果陆续涌现，目的便是为了迎合对高温下进行压力监测的紧迫需求。
1.MEMS技术
1.1 MEMS基础理论和技术的研究
1.1.1 理论基础
通常诸学科皆是建立在理论基础之上，随后逐步实现工程化。但MEMS技术却呈现出与众不同的发展模式，以实际的工程应用推动学科的进步，导致了学科实操层面远先于理论探索。这一趋势导致MEMS技术的理论研究成为了其弱项，亟需深化与完善。MEMS技术的发展趋势并不孤立，比如在材料塑性成形领域，尽管理论基础不够雄厚，其工程技术仍然获得了广泛的应用与发展。众所周知，随着组件尺度逐渐降至毫米甚至微米级别，传统宏观层面的理论对于微电机系统逐渐失效。
1.1.2 技术基础
鉴于微机电系统与传统的机电系统在理论架构上的区别，涉及到的技术研究基础亦有所不同。这主要包含了微系统设计方法、微型系统用材料、复杂动态结构的精密制作技术、微型组装与密封技术、微度测量，以及微型系统的整合控制以及微观与宏观之间的接口等相关技术领域。
微电子机械系统技术主要是基于微型化制程，利用微米至纳米量级的加工方法在硅等材料上形成机械与电子部件。其核心理念在于采取半导体的微型加工技巧来实现硅基底上的微结构构建。MEMS的主要生产流程涵盖了激光雕刻、离子植入、化学刻蚀等手段。由于该技术在操作简便、生产成本低、组件尺寸微小等方面具备突出优势，所以它在诸多传感器生产领域得到了广泛的应用。
1.1.3 MEMS设计技术
随着计算机技术的不断发展，CAD工具已在MEMS设备的设计领域中广泛采用。此外，MEMS的有限元分析方法能够有效地预测和模仿这些设备在静态以及动态条件下的性能表现。微电机系统的CAD设计需涵盖元件仿真、系统验证、封装流程、性能优化、掩膜图绘制及加工过程策划等多方面内容。此外，微机电系统还应构筑集机械、热能及电气相结合的交互耦合模型。然而，微机电系统的设计方法与传统机电系统设计存在差异，这主要是因为机械成分在微观尺度下，表面摩擦力的增加可能使得机械构件失去功能。于是，在对微电机系统进行建模和分析时，会出现众多前所未有的问题。实践中需要研发用于迅速计算表面力的算法、构造宏观模型以及进行多场耦合分析等。同时，也可以利用ANsYs等软件包来实施这些耦合场分析。
1.2 MEMS材料
微机电系统所采用的材质囊括了用于感测部件与执行元件的多功能材料、构筑材质及智慧型材料，这些MEMS所需的新型材质应兼备优异的力学与电学特性，且须适宜于微型化加工。在MEMS构建中，通常以硅作为基础的半导体材质担纲结构性材质，而功能性材料则涵盖了压电材质、超磁致材质、光感应材质等；而智慧型材料则主要以形变记忆合金为核心。除此之外，亦会使用到玻璃、陶瓷等不同材质。
1.3 MEMS的制造工艺
MEMS设备的生产方式构成了MEMS技术的根基，并在MEMS领域的研究中占据了极为重要的地位。目前，用于制造MEMS元件的工艺主要涵盖这三种类型：MEMS微型化加工技术是基于半导体制造工艺发展起来的，历经了超级精密的机械加工技术、深层反应性离子蚀刻、LIGA与准微细加工技术以及分子级的装配工艺。
2.MEMS高温压力传感器原理
MEMS式高温压力感应器运行机制主要依靠的是压电或热敏反应。压电原理依赖于压电型材质在遭受机械力的作用时引起的电量生成现象，进而把压强信息转换成电子信号；而热敏反应是基于物质在经历温差作用下其电阻值会出现变化这一特性，借助电阻的变化来量化压强的程度。
3.MEMS高温压力传感器设计与制备
热力条件激烈的场所对压强进行有效监控对航天航空、机动车引擎、各类工业制造等行业至关重要。但是，多数传统压力感应器在这样的环境中性能会衰减，容易损毁，难以满足实践的需求。故此，开发出一款能在高温条件下保持稳健运作的压力感应设备显得尤为关键。
3.1 MEMS高温压力传感器设计
热环境下的压力感测器通常分为两大核心部件：压力检测单元和信号转换电路。其中，检测单元利用微电子机械系统工艺精制而成，主要结构由感受压力的薄膜、承托构件以及检测电极三要素构成。而信号转换电路则选用了能承受高温影响的材质进行设计，确保传感器在高温条件下的正常运行。
3.2 MEMS高温压力传感器制备
制作压力感测器构件的过程主要涵盖了晶片的清理、曝光显影、物质堆积以及侵蚀等环节。起初，需在硅片上执行曝光显影步骤，以勾勒出感测元件所需的图形结构；接着，运用化学气相堆积等方法在硅片表层形成压力监测薄膜及其承托构架；最后，采取湿式或者干式侵蚀工艺除去多余的物质，制造出最后的感测元件构型。
4.高温压力传感器的性能测试
4.1 灵敏度测试
运用规范压力基准对传感器施以多级压强，并记录传感器输出的信号波动，据此推算其对压力变化的敏感度。试验数据显示，在高温条件下，传感器展现出较强的感知能力，可精确捕捉压力变动。
4.2 温度特性测试
对该传感器在异温条件下进行输出信号的观测，以掌握其随温差变动的反应。依据试验数据分析，可见该设备在经受高温考验时展现出卓越的稳温特性，信号波动幅度有限，确保了其稳健运作。
4.3 耐高温测试
把检测仪器放进炽热的气候里，不断地进行加温处理，并监控其工作性能的任何改变。试验成果显示，在经受持续高温的条件下，该传感器依旧能够保持正常运转，并展现出卓越的抗高温能力。
综上所述，基于MEMS技术的高温压力检测器因其小尺寸、轻重量、低耗能、高敏感、良好线性等特质，在高热背景下能保持平稳运行，展现出广阔的应用潜力。随着MEMS技术的不断进步，制作这类压力检测器的成本正逐渐减少，进而在航天航空、汽车引擎、化学工业等多个行业拥有深远的应用潜力。如在航天航空行业，此类高温压力传感器可用来跟踪引擎燃烧舱内的压强；在汽车引擎领域，可被用于检测汽缸内部的压力；在化工领域中，则可用以追踪高温反应过程的压力变化。
5.结语
在极端高温条件下进行压力的精确测定，对于石油化工、航天航空、车用电子和国防工业等行业来说，是一项关键且需深入掌握的技术研究内容。随着新兴半导体材质及其制程技术的持续进步，高温压力感应器得到了相应的发展。最近几年，通过微机电系统加工技术的革新、感测元器件的一体化设计，以及传感器构造设计的创新，对高温压力感应器的研究实现了质的飞跃。然而，要使这些高温压力感应器广泛应用于实际，尚需进行大量深入的研究和开发。
【参考文献】
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