Page 56 - 《真空与低温》2025年第3期

韩晓东等：温度对 MEMS 电容薄膜真空计测量性能的影响研究 327

0.1～5 000 Pa，当温度为 20 ℃ 时，在全量程范围内， 增大而增大，温度相差 10 ℃ 时，最大偏差为 3.1%，
真 空 计 的 输 出 电 容由 30.78 pF 变 化 至 14.54 pF， 而温度相差 40 ℃ 时，最大偏差为 15.9%。此外，
变化量为 16.24 pF，全量程灵敏度约为 3fF/Pa。而 式（2）等号右侧第二部分包含与外界待测压力 p e
在 0.1 Pa 至 100 Pa 范围内，电容变化量约为 1.1pF， 相关项 w（x，y），式（4）和式（5）也与 p e 相关，这说明
灵敏度为 0.01 pF/Pa。 MEMS 电容薄膜真空计的温度特性也与外界待测
压力的大小相关。而图 8 中由温度引起的真空计

35
50 ℃ 的输出偏差随着待测压力的变化呈现先增大后减
30 ℃
20 ℃
30 0 ℃ 小的现象也证明了这一点。
真空计输出电容/pF 25 4 总结 MEMS 电容薄膜真空计测量性能

−20 ℃
温度是影响
20

璃不同的热膨胀系数导致由这两种材料经过键合
15 的主要因素之一。理论分析表明：一方面，硅和玻
封装制成的 MEMS 电容薄膜真空计在不同温度下
10
0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 呈现热膨胀不匹配现象。具体表现为真空计整体
压力/Pa
结构随温度升高向硅感压薄膜一侧弯曲，使薄膜与
图 7 不同温度下 MEMS CDG2 的量程范围内输出电容特性 固定电极间距变小，进而使输出电容增大；另一方
Fig. 7 Output performance of MEMS CDG2 in the measuring
面，MEMS 电容薄膜真空计密封腔内的低参考压力
rang at different temperature
会随温度的升高而增大，使感压薄膜朝固定电极一
由图 7 可见，MEMS CDG2 在整个测量范围内 侧发生微小形变，进而影响真空计的测量结果。实
的输出曲线在不同温度下具有一定的差异性，随着 验结果证实，MEMS 电容薄膜真空计的温度特性与
温度的升高，真空计的输出电容整体呈增大趋势。 理论分析相一致。MEMS 电容薄膜真空计的测量
在测量下限点，即压力为 0.1 Pa时，随着温度由 0 ℃ 结果受环境温度的影响，其输出电容随着温度的升
升高至 50 ℃，MEMS CDG2 的输出电容由 30.63 pF 高而增大。在真空计测量零点，输出电容随温度的
增大至 31.13 pF，电容增量为 0.5 pF，由真空计的灵 升高而增大，且与温度呈现比例关系。在−20 ℃ 至
敏度可推出该增量会导致约 50 Pa 的压力测量偏差。
50 ℃ 的温度范围内，MEMS 电容薄膜真空计的输
以 20 ℃ 时 MEMS CDG2 在测量范围内的输出曲
出电容随温度的升高而增大，温度相差 10 ℃ 时，
线为参考，不同温度下真空计在测量范围内的输出
真空计的输出电容的相对偏差最大为 3.1%。此外，
电容的偏差曲线如图 8 所示。 测试结果也表明，温度造成的测量结果偏差大小与

相差 10 ℃ 待测压力的大小相关。
15 相差 20 ℃
相差 30 ℃ 参考文献：
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