上海微系統(tǒng)所聯(lián)合國家重點實驗室，共同研發(fā)全球最小、成本最低MEMS壓力傳感器芯片

近日，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所傳感技術(shù)聯(lián)合國家重點實驗室李昕欣老師課題組在 Journal of Micromechanics and Microengineering 期刊上發(fā)表最新的 MEMS 傳感器 研究成果——利用無疤痕微創(chuàng)手術(shù)（MIS）制造超小型 MEMS 壓力傳感器。

據(jù)悉，該傳感器 芯片 可滿足氣壓計或高度計的應(yīng)用需求，有望獲得智能手機、無人機、智能手表和其它消費電子產(chǎn)品的青睞。

低成本、高性能的小型化壓力傳感器一直是消費電子市場不斷追求的目標。研發(fā)高良率單芯片工藝來制造更小且更高性能的芯片是其中一種解決方案。該項研究展示了一種壓阻式絕對壓力傳感器芯片，大小僅為 0.4mm × 0.4mm，每顆芯片制造成本低至 1 美分——目前全球最小尺寸、最低成本。

研究人員利用體硅下薄膜技術(shù)（thin-film under bulk-silicon technique），在集成壓敏電阻的體硅梁島結(jié)構(gòu)下方形成非常薄但均勻的多晶硅壓力傳感膜片。梁島加強結(jié)構(gòu)有助于提升靈敏度、減小撓度、改善線性度。該壓力傳感器芯片采用一種新型的無疤痕微創(chuàng)手術(shù)（MIS）制造而成，并且該工藝與標準 IC 代工 廠的工藝兼容，因此可有效降低成本。

在這項新開發(fā)的工藝中，密封結(jié)構(gòu)不在多晶硅膜片區(qū)域，而是在多晶硅膜片周圍的單晶硅島和單晶硅框架上。所以，多晶硅膜片能夠保持平坦和光滑，從而提高了傳感器芯片性能和制造成品率。更重要的是，薄膜片梁島結(jié)構(gòu)足夠小，因此可以制造出小至 0.4mm × 0.4mm 的傳感器芯片。由于每片 6 英寸晶圓可生產(chǎn) 90000 顆芯片，因此采用這種高良率工藝可實現(xiàn)極低的芯片制造成本：1 美分。

據(jù)悉，這款超小型且低成本的 MEMS 壓力傳感器芯片的靈敏度為 0.88 mV·kPa?1/3.3V、滯回系數(shù)為 0.15%滿量程（FS）、可重復(fù)性誤差為 0.04%滿量程（FS）、非線性系數(shù)為±0.10%滿量程（FS）。在沒有任何其它熱補償方法的情況下，研究人員對該壓力傳感器芯片在 -25℃至+85℃溫度范圍內(nèi)進行 100 kPa 的滿量程測試，結(jié)果表明該芯片的零點偏移溫度系數(shù)（TCO）為 -0.064%/℃滿量程（FS）、靈敏度溫度系數(shù)（TCS）為 -0.22%/℃。