摘要“傳感器技術研究”是“九五”國家重點科技攻關項目。文中敘述了傳感器科技攻關在解決成果工程化、新產品開發和共性關鍵技術方麵所取得的主要成績，包括技術創新、中試生產和達到的技術水平（píng）。通（tōng）過（guò）科技攻關，提高了我（wǒ）國傳感器技術水平，促進了我國傳感器產業的發展。 1 引言 2000年（nián）6月12日，在國家科技部的組織下，“96-748傳感器技術研（yán）究”國家重點科技攻關項目進行了（le）項目驗收。與會專家聽（tīng）取了項目（mù）實施組的“項目執行自評估報告（gào）”後認為，“96-748傳感器技術研究”經過3年攻（gōng）關已經圓滿地完成國家攻（gōng）關項目（mù）規定的攻關目（mù）標、考（kǎo）核目標和研究內容。本項目共計投入經費6642．37萬元，國家撥款2500萬（wàn）元。投入科技人員468人／年。通過3年的攻（gōng）關，共計建成中試生產線12條，其中工程化課題建成（chéng）中（zhōng）試生產線9條，新產品開發課題建成中試生產線3條，使18個品種75個規格的新產品形成一定規模的中試生產；通過新產品開發（fā），開發了（le）力（lì）敏、磁敏、溫度（dù）、濕氣敏的51個品種86個規格的新產品（pǐn），90％的成果進行了（le）批量（liàng）或小批量生產並供應市場。傳感器的共性關鍵技術包括CAD技術、關鍵製造工藝、微機械加工技術、可靠性技術在生產中得到應用，攻關產品的（de）成品率普遍（biàn）提高10％以上，可靠性（xìng）水平提高1-2個等級，建成傳感器實驗室、試（shì）驗基地5個；據不完全統（tǒng）計，攻關3年累計銷售（shòu）各類傳感器1260多萬支，實現銷售收入14418多萬元，取得科（kē）研成果59項，總體水平達到國外九（jiǔ）十年代中期的先進水平。獲得國家專利32項(其中獲得和受理發明專利11項)，在國內外各類期刊上發表學（xué）術論文和研究報告244篇，進行技術轉讓6項，取得（dé）較好的成績（jì）。 “九五”傳感（gǎn）器科技攻關的指導思想是：一個目標是提高傳（chuán）感器的技術水平、可靠性水平（píng）和產業（yè）化程度。二個轉變是向提高企業技（jì）術進步轉變，向提高市場占有率轉變。三個結合是共性關鍵技術與應用技術相結合，加快產業化（huà）進程；典型產品開發與產品係列化相結（jié）合；滿足市場需要；科（kē）研開發與成果工程化相結合，實現適度規模生產。 通過攻關（guān），在傳感器的關鍵製造工藝、新產品開發、科技成果的工程化等方麵提高了我國傳感器的（de）技術（shù）水平，促進了我國傳感器產業的形成，縮（suō）小了與世界先進水平的差距。 2 在技術上，取得（dé）一批具有自（zì）主知識（shí）產權的成果 通過攻關，在技術上有所創新，取得一批具有自主知識產權的（de）科技成果，主要是： (1)複旦（dàn）大學發明的掩膜-無掩（yǎn）膜（mó）腐蝕工藝為國際首創。不僅在（zài）實驗上取得凸角處出現[311]麵的基本規律，理論上也推導（dǎo）出新的底（dǐ）麵條件和新生底麵深度和位置的公式，開創了用腐蝕技術製（zhì）造微結構的新工藝。利用KOH腐蝕液對於不同晶麵腐蝕速率的差異，在理論和（hé）工藝上解決了采用一次掩膜技術形成三維多層微（wēi）機械結構的工藝（yì），多層結構層差控製精度在4／μm以內（nèi），轉移平麵的平整度優於1／tm，受理一項發明專利。 (2)清華大（dà）學研製成功一種基於石英諧振器應變敏感效應的數字式力與稱（chēng）重傳感器。研究了敏感元件的力敏特性、諧振器的能（néng）陷（xiàn）效應與諧振頻（pín）率、諧波次數和結（jié）構的關係，保證了良好的頻率穩定性。研製（zhì）了專用膠粘劑，解決了影響傳感器蠕（rú）變和滯後性能的關鍵工藝，提高了傳感器性能指標及合格率。在國內外首創開發了係列化的下遊應用產品??各類（lèi）石英電子衡器。取得（dé）6項實用新（xīn）型專利、一項發明專利，受理4項發明專（zhuān）利。 (3)哈爾濱理工大學研製成功了"新型本（běn）征半導電高分子壓力溫度（dù）雙參數傳感器"，首次合成聚省（shěng）醌自由基高（gāo）聚物，這是一種（zhǒng）壓（yā）敏係數和（hé）溫（wēn）度係（xì）數（shù）極高的高分子（zǐ）材料，過材料（liào）表麵處理（lǐ）等技術製成傳感器（qì），解決了（le）油井高溫潛油泵的溫度和壓力測量的難題。經過檢索表（biǎo）明，新型本征高分子壓（yā）力溫度雙參數傳感器為（wéi）國際首創（chuàng），已經受理一項發明專利。 (4)沈（shěn）陽（yáng）儀（yí）器儀表工藝研究所在國內首次（cì）解決了擴散矽力敏芯片溫度靈敏度自補（bǔ）償（cháng）工（gōng）藝。通過調整平麵工藝的（de）摻雜工藝參數，實現了在-30-80C的全溫區內，力敏芯片（piàn）的靈敏度溫（wēn）度漂（piāo）移控製在（zài）5％o之內（nèi），實現了擴（kuò）散矽力敏芯片的靈敏度溫度自補（bǔ）償。 (5)沈陽儀器儀表工藝研究所開發了高靈敏度InSb薄（báo）膜製備工藝，解決了高密度、高磁導率鐵氧體基（jī）底磨拋工藝，In、Sb單質（zhì）蒸鍍（dù）工藝，敏感磨（mó）層微米級減薄工藝（yì）以及提高（gāo）芯片靈敏度的摻雜（zá）工藝，研製的InSb薄膜完全能夠滿（mǎn）足製備高性能磁敏元件的需要。取得了兩項實用新型專利和發明專利。 3 在開發上，使一批市場急需（xū）的傳感器實現批量生產 “九五”國家傳感器科技攻關，對市場急需的（de）傳感器新產品進行了（le）工程化研究和開發。通過國家支持、單位自籌、成果轉讓、技術入股等（děng）方式，建成12條中試生產線，使一批科（kē）技（jì）含（hán）量較高的傳感器新產（chǎn）品實現適度規（guī）模（mó）的中試生產，主要（yào）有： (1)擴散矽壓力傳感器實現了3kPa～60MPa量程範圍內的多個品種和規格的批量生產，產品有：工業變送器用壓力傳感（gǎn）器，智能變送器用（yòng）多功能壓（yā）力（lì）傳感器，TO封裝和充油結構（gòu）的通用壓力傳感器。產品的性能指標（biāo），包括短期穩定性、長期穩定性、可（kě）靠（kào）性（xìng）都達到國（guó）外同類產（chǎn）品的水平，開始批（pī）量供應市場。可以說，通過攻關，沈陽儀器儀表工（gōng）藝研究（jiū）所（suǒ）的擴散矽傳感器（qì）的（de）製造（zào）工藝（yì）已經（jīng）成熟。並且在（zài）國內首次實現采用微機械加工的基本工藝，批量生產（chǎn）各類擴散矽壓力傳感器。 (2)石英諧振稱重傳感器在（zài）清華大學研製成（chéng）功，並開發成功1～15kg的各（gè）種電子衡器。多方投（tóu）資1668萬元（yuán），在（zài）深圳建立深圳清華（huá）傳感器設備有限公司，進行批量中試生產，建成年產100萬支石英諧振稱重（chóng）傳感器和20萬台電子衡器的（de）中試生產線，產（chǎn）品大部分出口國外，2000年僅香港手（shǒu）提（tí）稱和（hé）配料稱的定（dìng）單已有800萬（wàn）美元，2000年預計達（dá）到3000萬元的銷售收入。取得11項實用新（xīn）型（xíng）專利和發明專利。 (3)華中理工大（dà）學研製成（chéng）功高壓（yā）係列和低壓係列4個品種的（de）過載保護（hù）PTC熱敏電阻，並以技術入股的方式(25％)，在武漢高新技術開發區（qū）成立湖北中幫傳感器公司，投資980萬元（yuán），建立年產2000萬支的生產線，建（jiàn）成後產值將達到5000萬元。同時，該（gāi）技術在上海兆和公司進行了1000萬（wàn）支的中試生產，產品主要用於程控交換機和電機的過載保護。 (4)中科院新（xīn）疆物理所開發（fā）的小型和（hé）超小型NTC熱敏電阻在一致性（xìng）、可靠性和性能價格比上與韓國、日本產品相當，在家電和糧庫行業占有較大的市場份額。在新疆（jiāng）傳感器公司建成小（xiǎo）型和超小型NTC熱敏電阻中試生產線，1999年的銷售數量110萬支。 (5)InSb霍爾元件經過"八五"和"九（jiǔ）五"科技攻關，解決了從芯片（piàn）製造到封裝等一係列（liè）技術關鍵，打破了日本旭化成公司的技術壟斷，實現了InSb霍爾元件的（de）批（pī）量生產，產品性能達到日本旭化（huà）成公司產品的水平，並（bìng）在沈陽儀器儀表工藝研究所和南京中旭（xù）微電子（zǐ）公司進行批量生產，最近南京中旭微電子公司將與台灣一公司進行合資，擴（kuò）大（dà）規模，最終建成年產（chǎn）1億支（zhī）的生產能力。 (6)中科院合肥智能機械研究所開發的厚膜壓力傳感器，經過工程化研究，在南京中旭微電子公司建成年產5萬支的厚膜（mó）壓力傳感器中試生產線，壓（yā）力範圍為0．02～40MPa，產品在工業控製領域得到應用。 (7)ct-Fe203氣敏傳感器和家用（yòng）氣體報警器，在（zài）信息產（chǎn）業部49所和大慶泰科傳感器公司（sī），建成年產100萬支的生（shēng）產線，並通過（guò）了ISO-9001質量體係（xì）認證。產品在家電和環（huán）保（bǎo）行業得（dé）到應用。 (8)在高溫壓力傳感器方麵，開發了SiO、多晶矽、SiC三種高溫壓力（lì）傳感器。使矽壓阻壓力（lì）傳感器的工作溫區由-30～80C拓展到22013，用於油井的高溫壓力測量。經過油田使用證明，該三種高溫壓力傳感（gǎn）器性能良好，並出口國外。 (9)高溫矽（guī）霍爾集成開關的研製成功（gōng），使矽集成霍爾開關的最高工作溫度（dù）由120C提高到15013，並在南京中旭微電子公司進行批量（liàng）生產，每年有10多萬支應用於（yú）汽車點火器（qì），效果良好。 (10)低功耗和低（dī）濃度CO、S02、N02等氣體傳感器開發成功，在環保領域有廣闊的應用（yòng）前景，中科院長春應用化學研究所的科技成果已（yǐ）經轉讓到台灣茂發科技公司，進行批量生產。 4 共性關鍵技（jì）術研究提高了傳（chuán）感器行業的技術水平 “九五”國家傳感（gǎn）器科技攻關，在（zài）共性關鍵技術方麵，主要解（jiě）決了傳感器CAD應用技（jì）術，關鍵（jiàn）製造工藝技術，微機械加工應用技術（shù）和可靠性技術的研究，並在傳感器生產中得到（dào）應用和推廣。 (1)傳感器CAD設計應用技術研究使擴（kuò）散矽壓力傳感器（qì）、差壓傳感器、多功能壓力傳感器、加速度傳感器（qì）、霍爾磁敏元件和應變式傳感器實現了CAD設（shè）計。從應力分析、版圖設計、結（jié）構分析、圖紙設計（jì）都實現計算機化（huà）。設計結果在生產工藝線得到實驗驗證，總符合率達到（dào）80％．力敏器件的平（píng）麵工藝進行計算機模擬（nǐ），確定了平（píng）麵工藝中擴散、離子注入、氧化、再擴散等關鍵製造工藝的計算機模擬程序。提高了傳感器的設（shè）計水平和新產品（pǐn）的自主開（kāi）發能（néng）力。 (2)擴散矽4"芯片生產工（gōng）藝（yì）研究在國內實現擴散矽傳感器用4"矽片工藝進行生產，通過調整工藝參數，使矽壓阻傳（chuán）感（gǎn）器的（de）靈敏度溫度漂移在-30-80℃的全溫區內控製在0．5％FS之內，實現了靈敏度溫度漂移免補償。通過傳感器性能參數穩定性的研究，使傳感器的100h短期穩定性達到5ttV之內，保證年長期穩定性達到0．2％FS，達（dá）到國外同類產品（pǐn）的先進（jìn）水平。批量生產的4"矽片的矽壓阻芯片，管芯最小麵積（jī）為1．2×1.2(mm)，合格率達85％． (3)InSb薄膜工（gōng）藝技術研究解決了（le）用In、Sb單質蒸鍍工藝，在磁性和非磁性基底上替代InSb單晶蒸鍍製作多晶膜（mó）的工藝技術，降低了（le）成本（běn），提高了成品率。同（tóng）時采用選擇性濕法刻蝕工藝，特別（bié）是InSb-Au歐姆接觸膜層的（de）選擇性刻蝕工藝製作電極。工（gōng）藝成品率達到60％以上。用該InSb薄膜開發（fā）了3個品種13個規格的InSb霍爾元件，並進行批量生產。 (4)在新（xīn）型氣濕敏超細（xì）粉料的研製方麵，通過（guò）攻關，開發了Zr02-Y20，濕敏材料和NaSiCON固（gù）體電解質材料，應用這些（xiē）材料，研製了400C的高溫（wēn）濕度傳感器和（hé）平麵內加熱（rè）式C02氣敏元（yuán）件。 (5)化學腐蝕、電化學腐蝕、Si-Si鍵合等微機械加212／12藝（yì）在傳感器批量生產中（zhōng）得到（dào）應用。成功地應用於10kPa～60MPa傳感器的批量生產中，腐蝕矽膜片（piàn）的（de）最小厚度達到10／tm，精度控（kòng）製在10％之（zhī）內。目前，沈陽儀器儀表工藝研究所擴散矽壓力傳感（gǎn）器的敏（mǐn）感膜片全部由精密化學腐蝕、大片靜電封接、矽-矽鍵合（hé）等MEMS工藝完成。腐（fǔ）蝕（shí）和封接（jiē）工藝的成品率達（dá）75％．在國內首次實（shí）現了擴散矽壓力傳感器用微機械（xiè）加TT藝（yì）進行批量生產（chǎn）。 (6)通（tōng）過傳感器可（kě）靠性技術研究，完成了傳感器綜合應（yīng）力試驗，製定了綜合應力試（shì）驗的（de）技術（shù）規範（fàn），使PTC、NTC熱敏電阻、擴散矽（guī）壓力傳感器、InSb霍爾元件的可靠性壽命試驗時（shí）間由1年左右縮短到（dào）1～2個月，可靠性試驗技術有了較大的提高。通過（guò）可靠性增長技術研究，使企（qǐ）業批量生產的DL93、SG75擴散矽壓力傳感器、石英諧振稱重傳感器、PTC熱敏電（diàn）阻、NTC熱敏電阻、InSb霍爾元（yuán）件、a-Fe203氣敏（mǐn）元件、廉價濕度傳感器（qì）的可靠性指標提高1--2個數（shù）量級。 5 結束語 可以看出，“九五”傳感器科技（jì）攻關麵向（xiàng）市場需（xū）求，麵向經濟建設（shè）需要，在提高我國傳感器的技術水平和產業（yè）化（huà）程度方麵取得了較大（dà）成績，起（qǐ）到了（le）科技成果產業（yè）化的孵化器（qì）的作用，促進了我國傳（chuán）感器技（jì）術水平的提高，加快了科技成果產業化的進（jìn）程。 21世紀，人類全麵進入信息電子化的時代。敏感（gǎn）元件及（jí）傳感器是（shì）信息係統的關鍵基礎元器件。微電子和（hé）微機械加工等先進製造技術（shù）的使用，使傳感器技術（shù）迅速發展。與傳統（tǒng）的傳感器相比，最新一代敏感元件及傳感器的突出（chū）特征是（shì）數字化、智能化、陣列化、微小型化和微係統化（huà）。作為現代信息技術的三大（dà）核心技術之一的傳感器（qì）技（jì）術，將是21世紀人們在（zài）高新技術發展方麵爭（zhēng）奪的一個製高（gāo）點。因此我們必須重（chóng）視傳感器技術的發（fā）展，加快產業化的進程（chéng）。