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- 研究人員研發(fā)出用于寬范圍真空壓力檢測的新型雙模式 MEMS 傳感器
- 來源：中國科學(xué)院 編輯：李亞麗 發(fā)表于 2025/7/18
中國科學(xué)院航空航天信息研究所（AIR）陳德勇教授和王俊波教授帶領(lǐng)的研究團隊開發(fā)出一種新型微型傳感器，該傳感器提高了真空壓力檢測的精度和測量范圍。相關(guān)研究成果發(fā)表在《微系統(tǒng)與納米工程》期刊上。
寬范圍真空傳感器在眾多高科技領(lǐng)域中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。例如，在半導(dǎo)體行業(yè)，化學(xué)氣相沉積、等離子蝕刻等工藝都離不開精確的壓力控制。然而，現(xiàn)有傳感器技術(shù)面臨著測量范圍與精度難以兼顧的問題：皮拉尼真空計（Pirani gauges）測量范圍廣但精度不足，電容膜片真空計（CDGs）精度高卻范圍有限；而將兩種技術(shù)結(jié)合的復(fù)合傳感器則體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且對氣體類型敏感。
為解決這些問題，該團隊研發(fā)出一種微機電系統(tǒng)（MEMS）壓力傳感器。這種傳感器通過單個傳感元件，集成兩種諧振工作模式于同一芯片，可在六個數(shù)量級的范圍內(nèi)（0.3 帕至 100,000 帕）穩(wěn)定工作。在低壓環(huán)境（0.3 帕–1,000 帕）下，它采用 “模式局域化” 模式，能將微小的壓力變化放大為易于檢測的信號；在高壓環(huán)境（1,000 帕–100,000 帕）下，它會自動切換至傳統(tǒng)諧振模式，該模式具有高精度和高穩(wěn)定性的特點。
這種雙模式設(shè)計帶來了卓越的性能：在低壓環(huán)境下分辨率約為 0.1 帕，高壓環(huán)境下為 2.0 帕；校準誤差極小 —— 低壓下 120°C 時相對偏差為 1.99%，高壓下滿量程偏差低至 0.01%。此外，它在–20°C 至 120°C 的寬溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)穩(wěn)定，且不受氣體類型影響。
所有這些功能都集成在一個體積僅為 27.2 立方毫米的緊湊型 MEMS 芯片中，遠小于傳統(tǒng)商用傳感器芯片（后者體積可能是其 200 多倍）。
這項研究為半導(dǎo)體制造、太空任務(wù)和高精度工程等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新思路。
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