在當(dāng)今的科技快速發(fā)展時代，微電子機械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)已成為推動現(xiàn)代傳感器技術(shù)革新的關(guān)鍵力量。MEMS壓力傳感器，作為其中的重要分支，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、航空航天、汽車工業(yè)等多個領(lǐng)域。隨著對傳感器性能要求的不斷提高，研究者們開始尋求新材料和新技術(shù)，以實現(xiàn)更高靈敏度、更快響應(yīng)速度和更好穩(wěn)定性的壓力傳感器。

本研究的核心在于探索基于二維（2D）材料PdSe2的壓阻式壓力傳感器。PdSe2作為一種新興的2D材料，因其應(yīng)變感應(yīng)性能和可調(diào)的電子特性而備受關(guān)注。然而，傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積（CVD）生長2D薄膜的方法存在一定的局限性，如復(fù)雜的轉(zhuǎn)移過程和高熱處理引入的晶格缺陷，這些都限制了2D材料在MEMS壓力傳感器中的應(yīng)用。

針對以上問題，電子科技大學(xué)電子薄膜與集成器件國家實驗室李春教授課題組利用了澤攸科技的無掩膜光刻機成功制備了基于PdSe2薄膜的差壓傳感器，該設(shè)備以其獨特的納米壓電位移臺拼接技術(shù)、紅光引導(dǎo)曝光技術(shù)、所見即所得的特點，以及OPC修正算法優(yōu)化圖形質(zhì)量的優(yōu)勢，為該實驗提供了有力支持。

相關(guān)研究成果以"Differential pressure sensors based on transfer-free piezoresistive layered PdSe2 thin films"發(fā)表在期刊《Nanotechnology》上。

實驗中，他們首先利用等離子體增強硒化（PES）技術(shù)，在SiNx膜上直接生長了PdSe2多晶薄膜。這一創(chuàng)新的低溫生長過程不僅避免了傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積（CVD）過程中復(fù)雜的轉(zhuǎn)移步驟，還顯著提高了材料的應(yīng)變感應(yīng)性能。通過這種方法，研究團隊成功制備了7.9 nm厚的PdSe2薄膜，并通過原子力顯微鏡（AFM）、拉曼光譜、X射線光電子能譜（XPS）和透射電子顯微鏡（TEM）等技術(shù)對薄膜的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分進行了全面的表征。

PdSe2薄膜的表征

本工作從實驗上證實了PdSe2薄膜的壓阻性能，這主要得益于其獨特的晶體結(jié)構(gòu)和電子特性。通過有限元分析（FEA）模擬了SiNx膜在不同壓力下的應(yīng)變分布，研究團隊設(shè)計了一種U形電阻器，以確保在壓力作用下能夠產(chǎn)生較大的應(yīng)變，從而實現(xiàn)對PdSe2薄膜電阻變化的敏感檢測。

進一步地，研究團隊采用了Wheatstone橋電路設(shè)計來提高傳感器的溫度穩(wěn)定性，并通過實驗驗證了該設(shè)計在25°C至55°C范圍內(nèi)有效抑制了溫度漂移。實驗結(jié)果表明，該傳感器在0至60 kPa的差壓范圍內(nèi)展現(xiàn)出了3.9 × 10^-4 kPa^-1的高靈敏度，并且響應(yīng)時間小于97毫秒，顯示了其在快速響應(yīng)壓力變化方面的潛力。

PdSe2薄膜差壓傳感器的性能

此外，研究還展示了該MEMS壓力傳感器在重復(fù)加載和卸載過程中的穩(wěn)定性和可靠性。通過在0至60 kPa的壓力范圍內(nèi)進行循環(huán)測試，傳感器顯示出了良好的機械耐久性和電阻重復(fù)性，這對于實際應(yīng)用中的長期穩(wěn)定性至關(guān)重要。

澤攸科技無掩膜光刻機

在本研究中，澤攸科技的無掩膜光刻機發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，它使得研究團隊能夠以高精度在硅片上制造微米乃至納米級別的圖案，這對于微電子機械系統(tǒng)（MEMS）壓力傳感器的制造至關(guān)重要，其特點有：

1、納米壓電位移臺拼接技術(shù)：該技術(shù)使得設(shè)備在進行精細(xì)圖案加工時，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的定位和拼接，這對于制造高性能MEMS器件至關(guān)重要。

2、紅光引導(dǎo)曝光：配備的紅光引導(dǎo)系統(tǒng)使得操作者能夠直觀地觀察到曝光區(qū)域，提高了加工的準(zhǔn)確性和操作的直觀性。

3、所見即所得：操作界面設(shè)計直觀，用戶可以實時觀察到加工過程和結(jié)果，確保了加工的準(zhǔn)確性和重復(fù)性。

4、OPC修正算法：內(nèi)置的光學(xué)鄰近效應(yīng)修正（OPC）算法能夠?qū)饪踢^程中可能出現(xiàn)的圖形失真進行修正，優(yōu)化了圖形質(zhì)量，提高了加工的準(zhǔn)確性。

5、CCD相機逐場自動聚焦：配備的CCD相機能夠?qū)崿F(xiàn)逐場自動聚焦，確保了在不同場次的加工過程中，圖像的清晰度和聚焦精度。

6、灰度勻光技術(shù)：通過準(zhǔn)確控制曝光光源的分布，實現(xiàn)了更加均勻的曝光效果，這對于提高圖案的一致性和質(zhì)量至關(guān)重要。