导读：高温压力传感器广泛应用于火箭发动机、航空发动机、重型燃气轮机、燃煤燃气锅炉等动力设备燃烧室内的压力监测。经过二十多年的研究，高温压力传感技术领域成果丰富。以敏感芯片的主体材料分类，对高温压力传感器的研究现状进行论述，重点分析基于SOI、SiC、蓝宝石、共烧陶瓷、压电晶体、SiCN陶瓷等材料的高温压力传感器的特点与局限以及国内外发展现状。最后展望高温压力传感器的发展趋势，并对国内高温压力传感器的发展方向提出建议。

通常压力传感器的损坏都是由于其安装位置不恰当而引起的。如果将传感器强行安装在过小的孔或形状不规则的孔中，就有可能造成传感器的震动膜受到冲击而损坏。选择合适的工具加工安装孔，有利于控制安装孔的尺寸。另外，合适的安装扭矩有利于形成良好的密封。但是如果安装扭矩过高就容易引起传感器的滑脱，为防止这种现象发生，通常在传感器安装之前在其螺纹部分上涂抹防脱化合物。在使用这种化合物以后，即使安装扭矩很高，传感器也很难被移动。

高温压力传感器产品选型

1、测量的是何种压力。

2、所测量的介质。在选择高温熔体压力传感器时需要考虑的关键因素是所测量的介质。

3、需要达到什么样的精度。

4、此高温压力传感器的耐温性、互换性、时间稳定性和坚固程度。

5、此高温压力传感器使用何种输出，需要的激励电压，以及怎样将传感器连接到自己的电气系统中 。

通过二十余年的研究，高温压力传感技术领域的研究成果丰富。本文论述几种典型高温压力传感器的研究进展，对比分析各自的优缺点，介绍国内外研究现状，并展望高温极端压力传感器的发展趋势。

1高温压力传感器的发展现状

压力传感器的分类方法有很多，可按照压力敏感原理分，也可按敏感芯片的构成材料分。高温传感器实际上是伴随高温材料发展而发展的，传感器的使用温度与传感器压力敏感单元主体材料的高温特性相关，因此本文将根据敏感芯片的构成材料对现有高温传感器的发展现状进行概述。

1.1基于SOI的高温压力传感器

SOI（Silicon On Insulator）高温压力传感器从原理上说是一种硅压阻式压力传感器。利用sOI的单晶硅膜制备的压敏电阻条，其灵敏度较多晶硅电阻条高，且在高温下仍具有较好的压阻效应；在相同尺寸下，SOI结构的漏电流比硅PN结低3个数量级，因此SOI材料适合研制高温压力传感器。

目前，美国Kulite公司采用BESOI（Back-etching SOI）技术研发了XTEH-10LAC-190（M）系列高温表压传感器，实现了无引线封装，可在480℃下长期稳定工作，代表了目前SOl压力传感器的最高水平（1。2009年，马里兰大学-巴尔迪默分校的Guo Shuwen 等人研制了基于极薄重掺杂压阻膜的 SOI

高温压力传感器，在将压阻膜厚度减小到0.34um、载流子浓度提高到2×l018cm3时，传感器短时间最高工作温度达到600℃；传感器在500℃高温下连续工作50个小时后，满量程输出偏离小于0.19%。

除此以外，意大利Gefan公司和法国的LET1研究所研制的SOI 高温压力传感器均能在400℃下稳定工作。国内西安交通大学采用SIMOX（Separation by Implantation of Oxygen）技术成功研发出能在250℃下工作的压力传感器产品，天津大学、中北大学也进行了相关的研究，目前仍处于原理样机阶段，主要指标及长期稳定性较Kulite的产品仍有较大差距， 高温压力传感器制备工艺相对成熟，也是目前市场上最常见的一种高温压力产品。但受高温下硅压阻系数退化、高温漏电流增大以及硅高温蠕变等因素的限制，传感器难以在500℃或更高温度的环境下长期工作。

1.2基于蓝宝石的高温压力传感器

蓝宝石是Al?O；的晶体结构，熔点达到2040℃，具有良好的光学特性、绝缘性，在1500℃时机械性能良好，是制备高温传感器的理想材料。目前基于蓝宝石的高温传感器主要有两大类：①基于sOS（Silicon on Sapphire）结构的应变式压力传感器；②基于蓝宝石的光纤式压力传感器。

1.2.1SOS高温压力传感器

SOS 高温压力传感器是在二十世纪八十年代提出的一种薄膜应变式压力传感器，它通过在蓝宝石晶体上异质外延生长单晶硅薄膜，并利用干法刻蚀制作硅压阻结构。SOS高温压力传感器具有频带宽、耐腐蚀、抗辐射等优点，它在国外已成为一种常规传感器产品，Omega等公司产品的工作温度达到350℃，国内中电四十九所研制了量程分别为60MPa和100MPa的SOS压力传感器，精度优于0.1%，迟滞与重复性均优于0.05%FS。由于难以形成真空绝压腔，SOS 高温压力传感器多为大量程的表压传感器，而外延单晶硅薄膜与蓝宝石间的晶格失配大，存在较大的失配应力，限制了这种传感器的使用温度。

1.2.2蓝宝石光纤式高温压力传感器

光纤式传感器具有测量精度高、抗电磁干扰、抗辐射、工作温度高、易组网、可实现多参量测量等优点，适合应用于燃气轮机、航空/航天发动机等高温恶劣环境，目前已成为高温压力传感器的热门研究方向，欧美国家在二十年前已开始研究高温恶劣环境下的光纤压力传感技术，主要有光棚光纤式和法布里-珀罗（Fabri-Perot）干涉光纤式两种实现方式。光棚光纤式压力传感器灵敏度较低，适用于公路铁路安全监测、桥梁隧道安全监测、石油化工等高压测量领域。F-P干涉光纤式高温压力传感器如图1所示。F-P干涉测压原理如图1（a）所示，激光在通过F-P腔时形成多条反射光，利用反射光干涉特性反演得到腔长，再通过腔长与压力的关系实现压力测量，通过调整感压膜厚度能制备不同量程的压力传感器。

随着蓝宝石微加工技术的丰富和成熟，基于全蓝宝石F-P腔的光纤传感器已成为高温传感器的一个重要研究方向。位于英国牛津郡的Oxsensis 公司从2005年开始研制基于法-珀腔干涉原理的光纤式高温压力传感器（如图1（b）所示），已从单一测压传感器产品发展到现在多参数测量系统，可同时测量压力、温度、振动、流量等参数。该公司的温度、压力、振动产品的工作温度均达到1000℃，与阿尔斯通、西门子、斯奈克玛等燃气轮机厂商合作广泛。2015年Oxsensis 还联合GE公司提出了基于超高温光纤传感器的压缩机主动稳定管理系统的研制计划，该系统包含若干传感器及微执行器，打破了传统测量系统只进行被动监测的局面。美国Virginia理工大学的Wang Anbo等人利用蓝宝石的ICP

干法刻蚀及蓝宝石的热压键合工艺，制作了全蓝宝石结构的F-P腔，如图1（c）所示，封装完成的压力传感器如图l（d）所示，该传感器的最高使用温度达到1500℃。另外，Florida 大学Sheplak Mark

1.3基于SiC（Silicon Carbide）的高温压力传感器碳化硅作为第三代直接跃迁型宽禁带半导体材料具有优良的抗辐照特性、热学性能、抗腐蚀性。

Sic晶体形态较多，常用于研制高温压力传感器，包括a型的3C-SiC和B型的4H、6H-SiC，其中B-SiC

在1600℃时仍能保持良好的机械强度，在制备高温传感器方面有广阔的应用前景。目前，SiC的干法刻蚀、欧姆接触制备、SiC-SiC圆片级键合等微加工技术已基本成熟，基于SiC的高温传感器已成为高温传感器的热门研究方向。基于SiC的高温压力传感器主要包括压阻式、电容式两大类，基于全SiC

材料和F-P腔原理的光纤式高温压力传感器目前还在研制中。