电容式压力传感器是硅微压力传感器中最为常见的一种类型,具有灵敏度高、能耗低、温度漂移小、响应速度快等优点,在汽车工业、可穿戴式设备、环境监测、工业控制等领域已经得到广泛的使用。对于电容式绝对压力传感器而言,真空密封腔以及真空腔内电极的引出是一个较为复杂的工艺流程。SON(Silicon on Nothing)技术可使单晶硅在高温退火过程中形成空洞上的单晶硅膜,本文根据SON特点将其用于电容式压力传感器的设计和制作中。既设计了基于SON结构的电容式绝压式压力传感器也设计了基于SON结构的电容式差压式压力传感器,可以分别应用于气压测量和相对高度的检测。论文主要研究工作如下:(1)SON构造的电容式绝对压力传感器研究。首先采用板壳理论建立了传感器感压膜的小挠度和大挠度模型,分别采用理论模型与ANSYS有限元仿真软件对感压膜的负载-形变进行计算,得出两者的误差小于3%。通过解析公式计算感压膜厚、极板之间间距、膜的半径等参数对传感器输出电容、灵敏度、线性度等性能的影响。分析表明,传感器的灵敏度受膜半径的影响最大,其次为膜的厚度与极板的间距。最后通过合理优化传感器的参数并采用SON并联的阵列方式提高传感器的性能指标。(2)SON构造的电容式差压传感器研究。提出了一种带有开口小孔的电容式差压传感器的结构设计,结合板壳理论和空气动力学知识建立了传感器动态差压的理论计算模型,推导出传感器灵敏度、分辨率、响应时间和频率响应等特性参数的理论计算模型。并重点考察了传感器腔体的体积V和开口小孔面积S的大小对传感器性能的影响。基于固定容腔的充放气数值计算模型,采用FLUENT对传感器腔体内的气体的流动状况进行空气动力学仿真,研究腔体内气压随时间瞬态的变化的情况,并与理论计算模型进行对比。理论计算表明,传感器空腔越大以及开口圆孔越小,传感器的灵敏度和分辨率也越高但相应的响应时间也越长。(3)电容压力传感器的制作。基于MSTS技术制备SON结构作为压力传感器的感压膜和真空腔,并在玻璃基底上溅射Au/Ti,通过阳极键合工艺形成了电容式压力传感器的结构,并实现了Au/Ti下电极在SON结构上的转移。(4)电容压力传感器的测试。最后对设计的电容式绝对压力传感器进行测试,实验结果表明:16个半径为100μm的传感器阵列,在10 kPa~100 kPa量程范围内,传感器的灵敏度为9.19 fF/kPa,非线性度为2.43%,迟滞误差为0.369%,重复性为1.23%,传感器具有较好的线性度和迟滞特性。同时也对差压传感器进行了初步性能测试与分析,实验结果表明传感器的压力响应曲线与理论模型的分析在一定程度上是一致的。