[实用新型]真空微电子压力传感器

说明书

所属技术领域

本实用新型属于压力传感器技术领域，特别是涉及一种集成化的真空微电子压力传感器。

背景技术

现有技术中，常用的压力传感器主要有应变式、压电式、压阻式、电容式等，但由于其结构和工作原理的局限，其输出信号均需复杂的电路、功耗大、特别是温度漂移、辐射等干扰使得压力传感器的性能始终不能令人满意，特别是耐高温、抗辐射的压力传感器至今仍是世界各国研究的主要课题之一。90年代后期出现的真空微电子压力传感器，由于具有真空电子和固体电子器件的优点，因而倍受科学家的高度重视，如中国发明专利公开的台阶阵列阴极真空微电子压力传感器(公开号CN1144333A)。该发明是通过将平面阴极锥尖阵列的结构改为台阶阴极锥尖阵列结构，该发明虽然提高了压力传感器的灵敏度和量程，但没有从结构上解决压力传感器的过载保护和器件长期工作的稳定性和可靠性等问题。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足而提供的一种新型真空微电子压力传感器。该压力传感器可有效的解决现有真空微电子压力传感器的抗过载保护、提高器件长期工作的稳定性和可靠性问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：真空微电子压力传感器由带过载保护环(3)的硅微场致发射阴极锥尖阵列(1)、真空微腔(4)、绝缘层(5)、阳极弹性膜(6)、引出电极(7)、阳极绝缘保护膜(8)、金属膜(9)一体化三维集成。其中，硅微场致发射阴极锥尖阵列(1)中有一过载保护环(3)，硅微场致发射阴极锥尖阵列与过载保护环一体化集成。硅微场致发射阴极锥尖阵列(1)中的每个锥尖表面均覆盖有一定厚度的金刚石薄膜(2)。场致发射阴极锥尖阵列(1)的底部溅射有一定厚度的金属膜(9)，其阳极弹性膜(6)的表面有绝缘保护膜(8)和引出电极(7)。

本技术方案提供的真空微电子压力传感器，具有过载自保护功能、温度稳定性好、灵敏度高、响应速度快、抗辐射、工作电压低、功耗小、体积小、性能稳定可靠、可批量生产等显著优点，是一种高性能价格比的新型压力传感器，可广泛应用于石油、化工、冶炼、电力、仪器仪表、机械、汽车、智能结构、航空航天、国防等领域。

附图说明

附图1为新型真空微电子压力传感器的示意图。其中：1为硅微场致发射阴极锥尖阵列，2为锥尖的金刚石薄膜，3为过载保护环，4为真空微腔，5为绝缘层，6为阳极弹性膜，9为阴极金属膜，8为阳极绝缘保护膜，7为引出电极。

具体实施方式

以下结合附图1对真空微电子压力传感器的工作原理作如下描述：阳极弹性膜(6)相对硅微场致发射阴极锥尖阵列(1)施加一定的正电压，阴极与阳极之间将形成电场，当阴极锥尖的电场达到一定强度时，电子将克服表面势垒溢出被阳极弹性膜(6)收集，从而形成正向电流。当阴极与阳极之间的电压恒定时，在弹性阳极膜(6)上施加一定的压力，阳极弹性膜(6)将发生形变，使阴极锥尖与阳极弹性膜(6)之间的距离发生变化，引起锥尖表面附近的电场发生变化，从而使阴极与阳极之间的电流发生变化。通过测量阴极与阳极之间的电流变化，即可检测到阳极弹性膜(6)的形变以及受到的压力的大小，其直接输出量为电流信号。

在硅微场致发射阴极锥尖阵列(1)中设计制造了过载保环(3)，当阳极弹性膜(6)所受的压力超过量程时，阳极弹性膜(6)将和过载保环(3)的顶部接触，从而实现真空微电子压力传感器的过载自保护。

在硅微场致发射阴极锥尖阵列(1)的锥尖表面覆盖一定厚度的金刚石薄膜，从而有效地解决了硅微场致发射阴极锥尖随器件工作时间的老化问题，提高了真空微电子压力传感器长期工作的稳定性和可靠性。