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在當(dāng)今的科技快速發(fā)展時(shí)代，微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)已成為推動(dòng)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(gè)領(lǐng)域。隨著對(duì)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(shí)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(zhǎng)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(duì)以上問題，電子科技大學(xué)電子薄膜與集成器件國(guó)家實(shí)驗(yàn)室李春教授課題組利用了澤攸科技的無掩膜光刻機(jī)成功制備了基于PdSe2薄膜的差壓傳感器，該設(shè)備以其獨(dú)特的納米壓電位移臺(tái)拼接技術(shù)、紅光引導(dǎo)曝光技術(shù)、所見即所得的特點(diǎn)，以及OPC修正算法優(yōu)化圖形質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)，為該實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中，他們首先利用等離子體增強(qiáng)硒化（PES）技術(shù)，在SiNx膜上直接生長(zhǎng)了PdSe2多晶薄膜。這一創(chuàng)新的低溫生長(zhǎng)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(tuán)隊(duì)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(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分進(jìn)行了全面的表征。

PdSe2薄膜的表征

本工作從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了PdSe2薄膜的壓阻性能，這主要得益于其獨(dú)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(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)對(duì)PdSe2薄膜電阻變化的敏感檢測(cè)。

進(jìn)一步地，研究團(tuán)隊(duì)采用了Wheatstone橋電路設(shè)計(jì)來提高傳感器的溫度穩(wěn)定性，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)在25°C至55°C范圍內(nèi)有效抑制了溫度漂移。實(shí)驗(yàn)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(shí)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(jìn)行循環(huán)測(cè)試，傳感器顯示出了良好的機(jī)械耐久性和電阻重復(fù)性，這對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中的長(zhǎng)期穩(wěn)定性至關(guān)重要。

澤攸科技無掩膜光刻機(jī)

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

1、納米壓電位移臺(tái)拼接技術(shù)：該技術(shù)使得設(shè)備在進(jìn)行精細(xì)圖案加工時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的定位和拼接，這對(duì)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(jì)直觀，用戶可以實(shí)時(shí)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(jìn)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(jī)逐場(chǎng)自動(dòng)聚焦：配備的CCD相機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)逐場(chǎng)自動(dòng)聚焦，確保了在不同場(chǎng)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(shí)現(xiàn)了更加均勻的曝光效果，這對(duì)于提高圖案的一致性和質(zhì)量至關(guān)重要。