汽车、石油化工、航空航天、核能以及材料工程等各种行业都需要能在高温恶劣环境下工作的传感器。21世纪以来，研发这样的满足这样的传感器一直都充满了挑战。
基于SiC材料制造的MEMS电阻真空计虽然已被广泛应用于汽车、半导体等领域，但这些真空计的设计温度范围一般不超过150℃，这是因为硅基材料在高温应用（超过500℃）中的机械性能仍饱受质疑。不过，现在人们越来越有兴趣探究MEMS传感器在高温应用中的稳定性，因为硅基材料在高温时的塑性变形现象，需要达到3GPa以上的应力时才会发生，而低于这个极限的时候仍处于弹性区域。
↑ 美国MKS Instruments牌MEMS电阻式真空计 ↑
本文介绍了一个研究M&NEMS（微纳机电系统 ，micro-and nano-electromechanical systems）传感器在超过500℃环境下鲁棒性的案例。
本次实验评估的对象为MEMS气压计，包含一个直径为60µm、厚度为500nm的圆形膜片，放置在外部压力和低压腔之间，膜片会在大气压下变形。该膜与两个压阻式纳米规封装在500nm厚的NEMS层，一个圆形刚性活塞刻蚀在20μm后的MEMS层中并连接到膜的中心，将膜变形传递到杠杆臂。由铰链固定的杠杆臂压缩或拉伸放置于下方的两个纳米规。
↑ 扫描电镜下压力传感器的俯视图像 ↑
↑ 传感器横截面示意图 ↑
在真空条件下，纳米规的电阻为800 Ohm。两个纳米测压元件以半惠斯通电桥的形式电连接，每个纳米测压元件通过1mA的直流电流极化，并使用四点探针测量法测量两个纳米测压元件两端的电压输出。当膜片上施加压力时，一个纳米测压元件被拉伸，另一个被压缩，导致电桥不平衡，该不平衡被转换为与压力测量成比例的电压信号。
↑ 用于测量压力传感器的电路 ↑
高温测量在变温探针平台中进行，在真空条件下，热循环测量纳米规的电阻。电气测量则使用万用表进行。
↑ 探针台带有四个臂，用于温度循环和纳米规电阻测量 ↑
↑ 热循环设定温度曲线，温度斜坡：20℃/min，时长：1h。途中数值对应台面的实际温度 ↑
实验结果显示，两个纳米规的电阻在前三个循环周期中是非常稳定的，之后，由于重复接触而导致的AlSi焊盘金属化损坏会改变接触电阻。不过，我们依然可以得出结论，在522℃以下，纳米规不受高温循环的影响。
↑ 不同温度下两个纳米规的电阻变化曲线 ↑
本研究是初步研究，旨在确定M&NEMS技术作为高温压力传感器的潜力。Si的熔点约为1400℃，目前瓶颈在于AlSi金属化所带来的损坏，未来可以通过研究钨等高温电阻金属取代AlSi合金金属化。
↑ 果果仪器外部调节探针冷热台 ↑
果果仪器外部调节探针冷热台是一款专为材料研究过程中变温电学测试而设计的科研仪器。它基于光学冷热台增加了一个电学模块，包括探针及电学接口等。可以通过调节外部探针臂，移动内部探针位置，能够实现高精度的XYZ方向位移，使针尖与样品表面的任何区域接触。
在测试过程中，电信号通过连接到针座的导线传输到电学仪器（如源表、万用表等），从而测出相关电学数据，以分析材料在可变温度下的电学特性。该冷热台采用液氮致冷和电阻加热的方式，能在-190~400℃或RT~1000℃的温度范围内实现精准而稳定的温度控制。
