微机电系统（MEMS）高温压力传感器是指能在125℃温度以上稳定工作的传感器。重型燃气轮机被誉为“皇冠上的明珠”，其主要部件处在高温恶劣环境，F级燃气轮机的燃气初温已超过1300℃，H级燃气轮机燃气初温更是超过了1400℃，在超高温度下运行，燃烧室和过渡段等热部件可能会出现故障。当燃烧不稳定时，燃烧压力波动会对周围空气压力场造成影响，甚至会引起燃烧室壳体振动的变化。通过高温压力传感器实现对重型燃气轮机的涡轮、压气机、燃烧室部位与压力的监控，可以更加准确地监测燃烧状况，及时发现燃烧故障，降低燃气轮机的故障率。
　　近年来，我国先后出台了多项政策进一步明确智能传感器产业发展的方向和路径。2016年，国务院发布《“十三五”国家科技创新规划》，指出要提高MEMS（微机电系统）传感器自主研发能力，提升工业传感器产业技术创新能力；2017年，工业和信息化部发布《促进新一代人工智能产业发展三年行动计划（2018—2020年）》，报告重点提及要在智能传感器领域取得突破，发展市场前景广阔的压力传感器等，支持基于微机电系统（MEMS）工艺的新型智能传感器研发；2019年，国家发展改革委发布的《产业结构调整指导目录2019年本》中提到智能传感器，鼓励研发具有无线通信功能的低功耗各类智能传感器，核级监测仪表和传感器。对此，笔者对基于MEMS高温压力传感器的专利文献进行梳理，分析基于MEMS高温压力传感器的发展脉络，以期为行业提供参考。
　  企业专利申请数量提升
　　笔者统计了涉及MEMS高温压力传感器的全球专利申请共计463项，发现MEMS高温压力传感器的专利申请始于1974年。1974年至1996年，全球的MEMS高温压力传感器相关专利申请量较少。1996年至2012年，MEMS高温压力传感器的专利申请量有所增长，处于稳步发展阶段。2013年至2023年，该领域每年专利申请量均在20项以上，进入快速发展阶段。我国在MEMS高温压力传感器领域的专利申请量逐年递增，但由于起步较晚，申请量的明显变化出现在2012年之后，且随着该项技术受到越来越多的关注，近年来，国内的专利申请呈现大幅跃升的态势。
　　国内主要专利申请人包括中北大学、西安交通大学、中国电子科技集团第四十九研究所、中国科学院微电子研究所等。国内申请量排名前五位的省级行政区分别为江苏、陕西、北京、山西、辽宁。在上述省级行政区中，江苏依托当地发达的半导体产业、高校和科研院所，更好地体现了产学研融合发展，而其他省份则主要以当地高校和科研院所为依托。可见，近年来，我国已经在MEMS高温压力传感器领域形成较为深厚的技术积累。
　　MEMS高温压力传感器通常可按照压力敏感原理或敏感膜片的构成材料进行分类。按照压力敏感原理可以分为压阻式、电容式、光纤式、谐振式、声表面波式等；按膜片的构成材料可分为多晶硅、绝缘体上硅、蓝宝石上硅、碳化硅、金刚石等。从技术路线上看，研究人员通过对基于不同压敏原理的结构优化、材料选择、温度补偿等，提高MEMS高温压力传感器的工作温度并消除温度漂移。
　　细分领域技术不断精进
　　英国联合技术公司于1974年提交了一种声表面波换能器专利申请，该声表面波压力传感器为延迟线型，将两个电声换能器通过MEMS技术制造在ALN/蓝宝石隔膜表面，可应用在500℃的高温压力测量。美国科莱特半导体产品公司于1991年提交了一种高温传感器及其使用碳化硅制造方法的专利申请，该压力传感器采用碳化硅，并利用p型SiC作为膜片，在膜片的表面上一体形成n型台面SiC压敏电阻。清华大学唐飞等人于2013年提交了一种6H-SiC高温压力传感器芯片的专利申请，该专利申请运用6H-SiC的压阻系数各向同性的特性，将敏感压阻布置在敏感圆膜中心位置和边缘位置，获得最大的压阻效应，保证电桥电路的差分输出，进一步提高了6H-SiC高温压力传感器芯片的灵敏度。西安交通大学王淞立等人在2021年提交了一种谐振式压力传感器及其制备方法的专利申请，该专利申请通过三角梁的设计增大了耦合梁应力集中区域，配合拾振电阻的布置，提升了压力传感器的检测精度，降低了谐振式传感器的温度漂移，提高了压力传感器的工作温度。
　　压阻式高温压力传感器的申请量占比超过总申请量的一半，压阻式传感器综合性能好，具有性能稳定、可靠性高、灵敏度和精度高等优点。排在第二位和三位的分别是光纤式和无线式高温压力传感器，其中光纤式高温压力传感器具有电绝缘性好、抗电磁干扰能力强的特点，可作为核级监测传感器；无线式高温压力传感器具有可拓展性强、易嵌入、低功耗等特点，在部署和维护方面也更加经济。
　　笔者认为，MEMS高温压力传感器未来应当还会在以下几个方面有所发展：第一是无线式，无源无线式高温压力传感器可以摆脱狭窄空间对于线束布置的限制，相比于传统传感器，可以更加灵活布设传感器，更适应极端工况的压力检测。第二是光纤式，光纤式高温压力传感器具有电绝缘性好、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀性能好等优点，特别是抗电磁干扰，使得光纤式高温压力传感器可以应用于强电磁干扰环境下的压力监测。针对耐高温抗辐射的封装材料，提高极端环境下传感器测量灵敏度和精度的敏感结构，光信号的调解精度的研究是未来光纤式高温压力传感器的提升方向。第三是膜片材料，SiC、蓝宝石、金刚石、石墨烯、SiCN等材料替代硅作为MEMS压力传感器的压敏材料，提高了压力传感器在高温环境下的应用范围，可见膜片材料的机械、电学特性决定了压力传感器的性能和应用范围，继续寻找具有更好机械、电学性能且适用MEMS工艺的新材料仍是该领域探索的重要方向。

（林沛嵩）