基于Au-Si共晶键合的高灵敏MEMS电容薄膜真空规设计

柯 鑫，韩晓东，李得天，*，成永军，孙雯君，许马会，李 刚

（1.兰州空间技术物理研究所 真空技术与物理重点实验室，兰州 730000；2.厦门大学航空航天学院，福建 厦门 361000）

0 引言

电容薄膜真空规具有精度高、线性和稳定性好的优点，是重要的低真空参考标准和传递标准，已经广泛地应用于深空探测和工业过程控制。随着科学技术发展，传统的电容薄膜真空规因体积大、功耗高，已经不能满足极端领域的需求。微机电系统（Micro−electro−mechanical system，MEMS）具有体积小、功耗低及成本低等优势，基于MEMS技术的电容薄膜真空规（简称真空规）已成为国内外的研究热点。1993年，Henmi等[1]首次提出MEMS电容薄膜真空规的经典结构模型：方形薄膜和固定电极形成平行电容板，电容值随薄膜形变而变化。之后大量研究集中于真空规测量范围的拓宽，如Esashi等[2]提出了一种双感压薄膜结构真空规，Wang等[3]提出了静电伺服结构，Meng等[4]提出了接触式结构的真空规。但是上述几种真空规的测量下限普遍高于10 Pa。最近，李刚等[5−6]提出了测量范围为1～1 000 Pa的绝压式MEMS电容薄膜真空规的设计。测量范围为5～1 000 Pa的差压式MEMS电容薄膜真空规已经被成功研制出来。

在MEMS电容薄膜真空规的研制中，结构设计、薄膜制备和真空封装是实现真空规高灵敏、高线性、宽量程以及长寿命的核心技术。大宽厚比的感压薄膜可在低压下实现高灵敏的电容变化，从而达到延伸测量下限的目的。普通湿法腐蚀制得的单晶硅薄膜有着厚度难以精确控制、薄膜表面粗糙以及高压下易破损的缺点；……