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技術文章
陣列化錳銅薄膜超高壓力傳感器的研究今日分析
閱讀次數：1003 發布時間：2020/6/8 11:02:08
陣列化錳銅薄膜超高壓力傳感器的研究今日分析
錳銅計是一種特種傳感器，主要用于測量沖擊波產生的超高壓力。高壓力傳感器量程上限可達50Gpa，是現有高壓力傳感器中測壓量程最高的。為滿足國防工程的特殊需要，須進一步提高傳感器的量程上限及縮短傳感器的響應時間。通過敏感材料和封裝材料的研制、傳感器的結構設計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，所得主要結論及創造性的結果歸納如下：
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。上述技術的主要優點在于可以采用高壓絕緣性更好的無機物作為絕緣封裝材料，如SiO2，二替代在箔式錳銅計中所使用的PTFE；并可實現敏感元件“清潔”地無機固態封裝，即將整個敏感元件是包封在無機物中，而不與高壓力下絕緣性能相對較差的有機物，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。
許多合金、金屬和半導體都具有壓阻效應，在硅片上采用擴散工藝制作的半導體應變片是目前應用最廣泛的超高壓傳感器，這種壓力傳感器的特點是靈敏度高，易于加工批量生產，橫向效應和蠕變都比較小，但測壓量程小，對于大多數場合是使用的，高壓高溫的時候，穩定性較差，非線性嚴重，只能測量較小壓力，不能用于高壓高溫的場合。
錳銅是研究最早的一種壓阻材料，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的，1903年人們首次在該材料上發現壓阻效應，隨后用其制作的壓力傳感器在高壓力的測量中得到了廣泛應用，特別是在沖擊剖面測量中是目前最常用的一種探測手段。錳銅壓力計的最大特點是量程高，可達50Gpa左右，是迄今為止所有沖擊壓力傳感器中最高的，相應的測量精度可達正負2%。并且，錳銅材料本身直到125Gpa都不發生高壓相變，因此該傳感器具有可擴大其量程的潛力。只是在100Gpa左右時，傳感器的精度急劇下降，劣于10%，不能滿足高精度壓力測試的要求。因此，如何提高其高壓端的精度成為量程擴展的關鍵。
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