阵列化锰铜薄膜超高压力传感器的研究

阵列化锰铜薄膜超高压力传感器的研究

锰铜计是一种特种传感器，主要用于测量冲击波产生的超高压力。高压力传感器量程上限可达50Gpa，是现有高压力传感器中测压量程最高的。为满足国防工程的特殊需要，须进一步提高传感器的量程上限及缩短传感器的响应时间。通过敏感材料和封装材料的研制、传感器的结构设计以及采用新的传感器制备工艺，研制了一种新型阵列化的锰铜传感器，所得主要结论及创造性的结果归纳如下：

采用熔融石英材料作为传感器的绝缘基板，在絶縁基板上沉积锰铜敏感薄膜，并在敏感薄膜上面沉积SiO2绝缘封装层薄膜。上述技术的主要优点在于可以采用高压绝缘性更好的无机物作为绝缘封装材料，如SiO2，二替代在箔式锰铜计中所使用的PTFE；并可实现敏感元件“清洁”地无机固态封装，即将整个敏感元件是包封在无机物中，而不与高压力下绝缘性能相对较差的有机物，如粘接剂、树脂等直接接触，从而在根本上消除了高压旁路效应。

许多合金、金属和半导体都具有压阻效应，在硅片上采用扩散工艺制作的半导体应变片是目前应用最广泛的超高压传感器，这种压力传感器的特点是灵敏度高，易于加工批量生产，横向效应和蠕变都比较小，但测压量程小，对于大多数场合是使用的，高压高温的时候，稳定性较差，非线性严重，只能测量较小压力，不能用于高压高温的场合。

锰铜是研究最早的一种压阻材料，改材料的大致成分是含铜量84%，锰12%，镍4%，最初是作为精密电阻合金而出现的，1903年人们首次在该材料上发现压阻效应，随后用其制作的压力传感器在高压力的测量中得到了广泛应用，特别是在冲击剖面测量中是目前最常用的一种探测手段。锰铜压力计的最大特点是量程高，可达50Gpa左右，是迄今为止所有冲击压力传感器中最高的，相应的测量精度可达正负2%。并且，锰铜材料本身直到125Gpa都不发生高压相变，因此该传感器具有可扩大其量程的潜力。只是在100Gpa左右时，传感器的精度急剧下降，劣于10%，不能满足高精度压力测试的要求。因此，如何提高其高压端的精度成为量程扩展的关键。