一、研究介绍

近日，四川大学机械工程学院王竹卿教授团队在微机电系统（MEMS）传感器领域取得重要进展，成功开发出一款具备温度自补偿功能的压阻式MEMS微压传感器。该传感器采用创新的“岛-梁-膜”耦合结构，通过重力与静电补偿机制，在-500 Pa至500 Pa的微压范围内实现了高精度、低温度漂移的稳定检测。相关成果以“A MEMS piezoresistive sensor with integrated temperature self-compensation and enhanced structural design for micro-pressure detection”为题，发表于期刊《Sensors and Actuators: A. Physical》（中科院三区，IF=4.9）。论文第一作者为四川大学23级博士生李春洋，通讯作者为夏操老师与王竹卿教授。

论文摘要图：传感器设计与制造（左）；温度补偿方法（右）

二、研究内容

传统的压阻式压力传感器在温度变化环境下容易出现输出漂移，常需依赖复杂电路或算法进行补偿，导致系统功耗高、成本上升。本研究提出一种结构驱动的温度自补偿方案：

1. 核心结构创新

本研究设计“岛-梁-膜”耦合结构，通过岛状结构的重力效应与静电反馈力，主动抵消热应力引起的输出误差。采用弧形交叉梁与八角形曲面敏感膜，提升应力集中效应与线性度，灵敏度达10 mV/FS（5V供电）。

器件结构三维剖视图

温度自补偿方法原理图

2. 温度自补偿性能

在0°C至50°C温度范围内，该MEMS微压传感器零点温度漂移仅为0.081% FS，全范围温度漂移为0.090% FS，远优于传统的补偿方式。非线性误差低至0.307% FS，重复性为0.265% FS，具备工业级精度。

变温输出曲线图：(a)室温下-500Pa至500Pa压力循环下的输出电压；(b)传感器输出中的非线性误差；(c)不同温度下-500Pa至500Pa压力循环下的输出电压；(d) 0℃、25℃和50℃下不同时间的零点电压输出

3. 工艺与实验验证

基于SOI工艺制备MEMS微压传感器，通过双DRIE刻蚀精确控制岛结构厚度，实现一致性达99.78%的加工精度。在变温实验中，该MEMS微压传感器表现出良好的零点稳定性（<0.4%），适用于极端环境下的微压监测。

MEMS微压传感器芯片显微照片

三、结论和展望

本研究通过结构优化实现了无需外部电路的温度自补偿，为微压检测提供了一种高性能、低成本的解决方案。相较于传统的方法，该MEMS微压传感器具备更高集成度、更低功耗与更优的温度适应性，适用于医疗设备、航空航天、汽车电子等领域的高精度压力监测。未来，团队将进一步推动该传感器的产业化应用，并探索其在智能穿戴、植入式医疗设备中的潜力。