上海微系統所聯(lián)合國家重點(diǎn)實(shí)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)院上海微系統與信息技術(shù)研究所傳感技術(shù)聯(lián)合國家重點(diǎn)實(shí)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(wú)疤痕微創(chuàng )手術(shù)（MIS）制造超小型 MEMS 壓力傳感器。

據悉，該傳感器 芯片 可滿(mǎn)足氣壓計或高度計的應用需求，有望獲得智能手機、無(wú)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(chǎng)不斷追求的目標。研發(fā)高良率單芯片工藝來(lái)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構下方形成非常薄但均勻的多晶硅壓力傳感膜片。梁島加強結構有助于提升靈敏度、減小撓度、改善線(xiàn)性度。該壓力傳感器芯片采用一種新型的無(wú)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(chǎng)的工藝兼容，因此可有效降低成本。

在這項新開(kāi)發(fā)的工藝中，密封結構不在多晶硅膜片區域，而是在多晶硅膜片周?chē)膯尉Ч鑽u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，薄膜片梁島結構足夠小，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(shí)現極低的芯片制造成本：1 美分。

據悉，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、滯回系數為 0.15%滿(mǎn)量程（FS）、可重復性誤差為 0.04%滿(mǎn)量程（FS）、非線(xiàn)性系數為±0.10%滿(mǎn)量程（FS）。在沒(méi)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℃溫度范圍內進(jìn)行 100 kPa 的滿(mǎn)量程測試，結果表明該芯片的零點(diǎn)偏移溫度系數（TCO）為 -0.064%/℃滿(mǎn)量程（FS）、靈敏度溫度系數（TCS）為 -0.22%/℃。