SOI压力传感器高压失效分析

王 韬，万 江，张万里

(电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室，四川 成都 610054)

0 引 言

微机电系统（micro-electro-mechanical system,MEMS）传感器是采用微机械加工技术制造的新型传感器，主要有微型化、多样化、集成化、批量化等鲜明的技术特点。MEMS传感器在军工，商业领域有着广泛应用[1]，如压力传感器[2-4]、光学传感器[5-6]、麦克风[7-9]等。其中，MEMS压力传感器在航空发动机、火箭腔体、油井等都有着广泛的应用[10]。近几年涌现了大量对可耐高温的SOI（silicon-oninsulator）压力传感器的研究[11]，但对于可耐高压的SOI压力传感器的报道还比较缺乏。张晓莉[12]等报道了一种通过注氧隔离（separation by implantation of oxygen,SIMOX）技术研制的SOI压力传感器，可在-30～250 ℃环境中测量1 000 MPa以下压力，但没有对传感器的设计进行详细报道。在压力传感器的设计过程中，由于膜片的形状、厚度、尺寸决定着压力传感器的耐压能力、信号灵敏度，所以膜片是大部分MEMS器件的主要机械部件，常用的3种膜片形状有圆形、方形和矩形。王韬[13]等研究了应用于恶劣环境下的基于SOI的声表面波压力传感器膜片形状对灵敏度的影响，研究表明为提高压力传感器信号灵敏度，应该选择大长宽比的矩形膜片。陈勇[14]等针对高温高压环境的压力传感器的应用，使用MEMS工艺制备了基于SOI的压力传感器，通过增加膜厚，使得器件耐压值达到150 MPa，但在文献中并没有对如何提高压力传感器的耐高压能力与原理进行报道。

器件的耐高压能力（过载压力）指器件发生损坏失效前能承受的最大压力，所以器件的压力传感量程是低于器件的过载能力的。……