陣列化錳銅薄膜超高壓力傳感器的研究

錳銅計(jì)是一種特種傳感器，主要用于測(cè)量沖擊波產(chǎn)生的超高壓力。高壓力傳感器量程上限可達(dá)50Gpa，是現(xiàn)有高壓力傳感器中測(cè)壓量程的。為滿足的特殊需要，須進(jìn)一步提高傳感器的量程上限及縮短傳感器的響應(yīng)時(shí)間。通過敏感材料和封裝材料的研制、傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及采用新的傳感器制備工藝，研制了一種新型陣列化的錳銅傳感器，所得主要結(jié)論及創(chuàng)造性的結(jié)果歸納如下：

采用熔融石英材料作為傳感器的絕緣基板，在絶縁基板上沉積錳銅敏感薄膜，并在敏感薄膜上面沉積SiO2絕緣封裝層薄膜。上述技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)在于可以采用高壓絕緣性更好的無機(jī)物作為絕緣封裝材料，如SiO2，二替代在箔式錳銅計(jì)中所使用的PTFE；并可實(shí)現(xiàn)敏感元件“清潔”地?zé)o機(jī)固態(tài)封裝，即將整個(gè)敏感元件是包封在無機(jī)物中，而不與高壓力下絕緣性能相對(duì)較差的有機(jī)物，如粘接劑、樹脂等直接接觸，從而在根本上消除了高壓旁路效應(yīng)。

許多合金、金屬和半導(dǎo)體都具有壓阻效應(yīng)，在硅片上采用擴(kuò)散工藝制作的半導(dǎo)體應(yīng)變片是目前應(yīng)用泛的超高壓傳感器，這種壓力傳感器的特點(diǎn)是靈敏度高，易于加工批量生產(chǎn)，橫向效應(yīng)和蠕變都比較小，但測(cè)壓量程小，對(duì)于大多數(shù)場(chǎng)合是使用的，高壓高溫的時(shí)候，穩(wěn)定性較差，非線性嚴(yán)重，只能測(cè)量較小壓力，不能用于高壓高溫的場(chǎng)合。

錳銅是研究的一種壓阻材料，改材料的大致成分是含銅量84%，錳12%，鎳4%，最初是作為精密電阻合金而出現(xiàn)的，1903年人們?cè)谠摬牧仙习l(fā)現(xiàn)壓阻效應(yīng)，隨后用其制作的壓力傳感器在高壓力的測(cè)量中得到了廣泛應(yīng)用，特別是在沖擊剖面測(cè)量中是目前的一種探測(cè)手段。錳銅壓力計(jì)的特點(diǎn)是量程高，可達(dá)50Gpa左右，是迄今為止所有沖擊壓力傳感器中的，相應(yīng)的測(cè)量精度可達(dá)正負(fù)2%。并且，錳銅材料本身直到125Gpa都不發(fā)生高壓相變，因此該傳感器具有可擴(kuò)大其量程的潛力。只是在100Gpa左右時(shí)，傳感器的精度急劇下降，劣于10%，不能滿足高精度壓力測(cè)試的要求。因此，如何提高其高壓端的精度成為量程擴(kuò)展的關(guān)鍵。