低成本、高性能的小型化壓力傳感器一直是消費(fèi)電子市場(chǎng)不斷追求的目標(biāo)。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。近日，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所（簡(jiǎn)稱：上海微系統(tǒng)所）傳感技術(shù)聯(lián)合國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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。該項(xiàng)研究的論文題目：Ultra-small pressure sensors fabricated using a scar-free microhole inter-etch and sealing (MIS) process，作者：焦鼎、倪藻、王家疇、李昕欣。

利用無(wú)疤痕微創(chuàng)手術(shù)工藝制造的絕對(duì)壓力傳感器芯片示意圖

該項(xiàng)研究論文展示了一種壓阻式絕對(duì)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(qiáng)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(wú)疤痕微創(chuàng)手術(shù)（MIS）制造而成，并且該工藝與標(biāo)準(zhǔn)IC代工廠的工藝兼容，因此可有效降低成本。

壓敏電阻布局及用于壓力傳感的惠斯通電橋

在這項(xiàng)新開(kāi)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(shí)現(xiàn)極低的芯片制造成本：1美分。

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(méi)有任何其它熱補(bǔ)償方法的情況下，研究人員對(duì)該壓力傳感器芯片在-25℃至+85℃溫度范圍內(nèi)進(jìn)行100 kPa的滿量程測(cè)試，結(jié)果表明該芯片的零點(diǎn)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%/℃。

表：利用無(wú)疤痕微創(chuàng)手術(shù)工藝制造的絕對(duì)壓力傳感器芯片測(cè)試結(jié)果

利用新型無(wú)疤痕微創(chuàng)手術(shù)工藝研發(fā)出的MEMS壓力傳感器芯片可滿足氣壓計(jì)或高度計(jì)的應(yīng)用需求，有望獲得智能手機(jī)、無(wú)人機(jī)、智能手表和其它消費(fèi)電子產(chǎn)品的青睞。