目前压力传感器芯体材料种类繁多，那制作压力传感器中的几种芯体材料的性能如何？下面珈途传感将为您简单介绍几种芯体材料的性能。

一、单晶硅。

硅广泛应用于集成电路和微电子设备的生产，主要利用硅的电气特性；在MEMS微机械结构中，利用其机械特性生产新一代硅机电设备和设备。硅材料储量丰富，成本低。硅晶体易于生长，材料超纯无杂，不纯度为10亿分，内耗小，机械质量因数可高达10^6数量级。设计得当的微活动结构，如微传感器，可达到极小的迟滞和蠕变，优异的重复性、长期稳定性和高可靠性。因此，硅压阻压力传感器的使用有利于解决长期困扰传感器领域的三个问题——延迟、重复和长期漂移。

硅材料密度为2.33g/cm^2，是不锈钢密度的1/3.5，而弯曲强度是不锈钢的3.5倍，强度/密度比高，刚度/密度比高。单晶硅具有良好的导热性，是不锈钢的5倍，而热膨胀系数小于不锈钢的1/7，可与低膨胀Invar合金良好连接，避免热应力。单晶硅是立方晶体，是各向异性材料。许多机械特性和电子特性取决于晶向，如弹性模量和压阻效应。

电阻应变灵敏度高的单晶硅。在相同的输入下，可以获得比金属应变计更高的信号输出，通常是金属的10-100倍，可以敏感地输入10-6甚至10-8。硅材料的制造工艺与集成电路工艺兼容性好，便于微型化、集成化、批量生产。硅可以用氮化硅等多种材料覆盖，从而获得优良的防腐介质保护。耐磨性好。

综上所述，硅材料的优点可分为：优良的机械特性、批量微机械结构和微机电元件、微电子集成电路工艺、微机械和微电子线路。

正是这些优点使硅材料成为制造微机电和微机械结构的主要首选材料。但硅材料对温度极为敏感，其电阻温度系统接近2000×10^-6/K的量级。因此，所有基于硅的压阻效应为测量原理的传感器都必须进行温度补偿，这是不利的一面；可用的一面是在测量其他参数时可以直接测量温度。

二、多晶硅。

多晶硅是许多单晶(晶粒)的聚合物。这些晶粒的排列是无序的，不同的晶粒有不同的单晶方向，每个晶粒都有单晶的特征。晶粒与晶粒之间的部分称为晶界，通过掺杂原子浓度可以调节晶界对其电特性的影响。多晶硅膜一般采用低压化学气相积(LPVCD)法制成，其电阻率随硼原子浓度的变化而变化较大。多晶硅膜的电阻率高于单晶硅，特别是在低掺杂原子浓度下。电阻率可以在较宽的值范围内随掺杂原子浓度而变化。

多晶硅的压电效应：压缩时电阻下降，拉伸时电阻上升。随着掺杂浓度的增加，多晶硅电阻应变灵敏系统略有下降。纵向应变灵敏度系数最大值约为金属应变计最大值的30倍，是单晶硅电阻应变灵敏度系数最大值的1/3；横向应变灵敏度系数随掺杂浓度而变化，因此一般不使用。此外，与单晶硅压阻相比，多晶硅压阻膜可在介电体(SiO2、Si3N4)等不同材料衬底上制作。其制备工艺与常规半导体工艺兼容，无PN结隔离问题，适用于工作温度较高(T≥200℃)的场合。与单晶硅压阻膜相比，多晶硅压阻膜能更有效地抑制温度漂移，有利于实现长期稳定性。通过光刻手段可以获得多晶硅电阻膜的精确电阻值。

综上所述，多晶硅膜具有工作温度范围广(-60~+300℃)、可调电阻率、可调温度系数、应变灵敏度高、电阻值调整准确等特点。因此，在开发微传感器和微执行器时，使用多晶硅膜有时比单晶硅更有价值。例如，用机械性能优异的单晶硅制作感压膜，覆盖一层介质膜SiO2，然后在SiO2上积累一层多晶硅压阻膜。这种混合结构的微压力传感器充分发挥了单晶硅和多晶硅材料的优点，其工作温度至少为200℃甚至300℃；低温为-60℃。

三、硅-蓝宝石。

硅-蓝宝石材料是通过外延生长技术在蓝宝石(α-Al2O3)衬底上生长硅晶体。硅晶体可视为蓝宝石的延伸部分，它们构成硅-蓝宝石SOS(SiliconSaphire)晶片。蓝宝石材料是绝缘体，其上面积累的每一个电阻都是完全独立的。这不仅可以消除PN结泄漏引起的漂移，还可以在高温(≥300℃)下提供高应变效应和工作稳定性。蓝宝石材料的迟滞和蠕变可以忽略不计，因此具有极好的重复性；蓝宝石是一种化学稳定性好、耐腐蚀、耐辐射性强的惰性材料；蓝宝石机械强度高。

综上所述，充分利用硅蓝宝石的特点，制造具有耐高温、耐腐蚀、耐辐射性能的传感器和电路；但要获得高精度、稳定可靠的指标，还必须解决整体结构中材料之间的热匹配，否则很难达到预期的目标。由于硅蓝宝石材料脆硬，其硬度仅次于金刚石，生产工艺复杂。

四、化合物半导体材料。

硅是制造微机电器件和装置的主要材料。化合物半导体材料在某些特殊技术中起着重要作用，以提高设备和系统的性能，扩大应用范围。例如，Pbse、Inas、Hg1-xcdxte(x代表Cd的百分比)等材料在红外光、可见光和紫外光波段的成像器和探测器中得到了越来越广泛的应用。

以红外探测器为例。实用的光敏探测器是利用红外辐射和物质作用产生的各种效应开发的，主要针对大气传输中红外辐射最清晰的三个波段(1-3μm、3-5μm、8-14μm)。波长1-3μm敏感的探测器包括PBS、Inas和Hg0.61cd0.39Te；波长3-5μm敏感的探测器包括Inas、Pbse和Hg0.73cd0.27Te；波长8-14μm敏感的探测器包括Pb1-xsnxTe、Hg0.8cd0.2Te和非本征半导体Ge:Hg、Si:Ga、Si:Al等。其中，3元合金Hg1-xcdxte是一种本征吸收材料。通过调整材料组分，不仅可以制成适合3个波段的装置，还可以开发更长工作波段(1-30μm)的应用，引起了人们的广泛关注。

需要指出的是，上述材料需要在低温(如77K)下工作。因为在室温下，由于晶格振动能和杂质能的相互作用，热激励的载流子数增加，而激发的光子数显著减少，从而降低了波长区域的探测灵敏度。

五、SiC薄膜材料。

在特殊环境下，SiC是另一种化合物半导体。它由碳原子和硅原子组成。将碳原子注入单晶硅中，利用离子注入掺杂技术，可获得优质立方体结构的SiC。由于掺杂浓度的不同，晶体结构可以表示为β-SiC。β表示不同形式的晶体结构。采用离子注入法获得的SIC材料具有优异的物理、化学和电学特性，具有强度高、刚度大、内部残余应力低、化学惰性强、禁带宽度宽（硅近1-2倍）、压阻系数高等特点；因此，SIC材料能在高温下耐腐蚀、耐辐射，具有稳定的电学性能。非常适合在高温恶劣环境下工作的微机电选择。

由于SiC单晶材料成本高、硬度高、加工难度大，以硅单晶为衬底的SiC薄膜成为研究和使用的理想选择。在Si衬底或绝缘体衬底(SiCOI)上，通过离子注入、化学气相积累(VCD)等技术制作，供设计师选择。如航空发动机、火箭、导弹、卫星等耐热腔及其表面部位的压力测量，可选用绝缘体作为压力感应元件（膜），制成高温压力微传感器，实现上述场合的压力测量。工作温度可达600℃以上。

多晶Sic(Poly-Sic)薄膜除了使用单晶Sic(Single-Sic)薄膜外，还可以在MEMS的许多应用中使用。多晶SIC比单晶SIC更适用。它可以通过等离子体强化气相积累、物理溅射、低压气相积累和电子束放射等技术，在各种衬底（如单晶硅、绝缘体、SiO2牺牲层和非晶硅等）上生长成薄膜。

简而言之，SiC是一种具有宽带间隙、高击穿场强、导热性高、电子饱和速度高、机械化学性能优异的材料。这些特点使适用于制造高温、高功率、高频电子设备；也适用于制造高温半导体压力传感器。