先进制造技术的迅猛发展,为传感器向高精度、高灵敏度和便捷性等方向迅速迈进。基于微机电系统(MEMS),设计和制备应用于不同测量环境的合金薄膜电阻应变传感器具有广泛的应用需求和研究价值。合金薄膜电阻应变传感器的敏感层部分作为核心结构,本文通过理论分析、试验研究和工艺优化等方法深入探讨其电学性能,对薄膜传感器测量精度、灵敏度等性能的提升具有重要意义。文中设计并构建了合金薄膜电阻应变传感器模型,系统分析了薄膜传感器各部分的结构类型、材料选择、性能指标和作用功效等相关内容。并以刀具切削力测量作为合金薄膜电阻应变传感器的载体,设计了镍铬薄膜传感器刀具切削力测量系统,为提高输出响应特性,对刀具结构进行了改进,确定了薄膜传感器的最佳布片位置。分析了该测量系统由刀尖切削力输入转为电压输出响应的工作原理。基于薄膜粗糙度理论和薄膜电阻应变效应,分析了影响薄膜电阻栅电学性能(电阻和电阻应变系数)的主要因素。提出了将离子束刻蚀技术应用于正性光刻薄膜图案化的工艺流程(光刻刻蚀法),并与采用负性光刻薄膜图案化的工艺流程(光刻溅射法)进行了对比研究。采用正交试验方法,分别设计了磁控溅射镍铬薄膜制备过程中工艺参数(基底温度、靶基距、负偏压)对薄膜电学性能中电阻率和薄膜粗糙度等影响的优化分析试验、镍铬薄膜离子束刻蚀过程中工艺参数(入射角度、屏极电压、氩气流量)对薄膜电学性能中电阻率和薄膜粗糙度等影响的优化分析试验,并通过极差、方差分析法进行工艺参数影响规律分析。用X射线衍射仪、扫描电镜和原子力显微镜等设备分别进行了镍铬薄膜成分分析和表面质量检测。结果表明,基底温度对薄膜粗糙度和电阻率的影响更为明显,确定了镍铬薄膜制备工艺参数:负偏压100V、靶基距60mm、基底温度300℃;而离子束刻蚀过程中,屏极电压和入射角度对薄膜粗糙度和电阻率的影响较为明显,确定了镍铬薄膜离子束刻蚀工艺参数:屏极电压450V,入射角度45°,氩气流量7.5sccm。对比分析了两种薄膜图案化方法制备的不同几何尺寸(纵栅长度、宽度、厚度)的薄膜传感器对电阻和电阻应变系数的影响规律。结果显示,光刻刻蚀法制备的薄膜传感器在阻值误差和电阻应变系数方面整体优于光刻溅射法;纵栅宽度对薄膜电阻和电阻应变系数影响程度均为最大。确定了光刻刻蚀法制备的薄膜电阻栅的最佳几何尺寸:纵栅宽度0.1mm,纵栅长度3mm,纵栅厚度1000nm,其电阻值和电阻应变系数等电学性能表现良好。并将薄膜电阻应变传感器与载体结合进行静力学分析,该测力系统在线性度良好,测量误差在8%以下,具有良好的静力学应变输出效应。