在当今的科技快速发展时代，微电子机械系统（MEMS）技术已成为推动现代传感器技术革新的关键力量。MEMS压力传感器，作为其中的重要分支，广泛应用于生物医学、航空航天、汽车工业等多个领域。随着对传感器性能要求的不断提高，研究者们开始寻求新材料和新技术，以实现更高灵敏度、更快响应速度和更好稳定性的压力传感器。
本研究的核心在于探索基于二维（2D）材料PdSe2的压阻式压力传感器。PdSe2作为一种新兴的2D材料，因其出色的应变感应性能和可调的电子特性而备受关注。然而，传统的化学气相沉积（CVD）生长2D薄膜的方法存在一定的局限性，如复杂的转移过程和高热处理引入的晶格缺陷，这些都限制了2D材料在MEMS压力传感器中的应用。
针对以上问题，电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室李春教授课题组利用了泽攸科技的无掩膜光刻机成功制备了基于PdSe2薄膜的差压传感器，该设备以其独特的纳米压电位移台拼接技术、红光引导曝光技术、所见即所得的特点，以及OPC修正算法优化图形质量的优势，为该实验提供了有力支持。
相关研究成果以"Differential pressure sensors based on transfer-free piezoresistive layered PdSe2 thin films"发表在著名期刊《Nanotechnology》上。
实验中，他们首先利用等离子体增强硒化（PES）技术，在SiNx膜上直接生长了PdSe2多晶薄膜。这一创新的低温生长过程不仅避免了传统化学气相沉积（CVD）过程中复杂的转移步骤，还显著提高了材料的应变感应性能。通过这种方法，研究团队成功制备了7.9 nm厚的PdSe2薄膜，并通过原子力显微镜（AFM）、拉曼光谱、X射线光电子能谱（XPS）和透射电子显微镜（TEM）等技术对薄膜的结构和化学成分进行了全面的表征。
PdSe2薄膜的表征
本工作从实验上证实了PdSe2薄膜的出色压阻性能，这主要得益于其独特的晶体结构和电子特性。通过有限元分析（FEA）模拟了SiNx膜在不同压力下的应变分布，研究团队设计了一种U形电阻器，以确保在压力作用下能够产生较大的应变，从而实现对PdSe2薄膜电阻变化的敏感检测。
进一步地，研究团队采用了Wheatstone桥电路设计来提高传感器的温度稳定性，并通过实验验证了该设计在25°C至55°C范围内有效抑制了温度漂移。实验结果表明，该传感器在0至60 kPa的差压范围内展现出了3.9 × 10^-4 kPa^-1的高灵敏度，并且响应时间小于97毫秒，显示了其在快速响应压力变化方面的潜力。
PdSe2薄膜差压传感器的性能
此外，研究还展示了该MEMS压力传感器在重复加载和卸载过程中的稳定性和可靠性。通过在0至60 kPa的压力范围内进行循环测试，传感器显示出了良好的机械耐久性和电阻重复性，这对于实际应用中的长期稳定性至关重要。
泽攸科技无掩膜光刻机
在本研究中，泽攸科技的无掩膜光刻机发挥了至关重要的作用，它使得研究团队能够以极高的精度在硅片上制造微米乃至纳米级别的图案，这对于微电子机械系统（MEMS）压力传感器的制造至关重要，其特点有：
1、纳米压电位移台拼接技术：该技术使得设备在进行精细图案加工时，能够实现高精度的定位和拼接，这对于制造高性能MEMS器件至关重要。
2、红光引导曝光：配备的红光引导系统使得操作者能够直观地观察到曝光区域，提高了加工的准确性和操作的直观性。
3、所见即所得：操作界面设计直观，用户可以实时观察到加工过程和结果，确保了加工的精确性和重复性。
4、OPC修正算法：内置的光学邻近效应修正（OPC）算法能够对光刻过程中可能出现的图形失真进行修正，优化了图形质量，提高了加工的准确性。
5、CCD相机逐场自动聚焦：配备的CCD相机能够实现逐场自动聚焦，确保了在不同场次的加工过程中，图像的清晰度和聚焦精度。
6、灰度匀光技术：通过精确控制曝光光源的分布，实现了更加均匀的曝光效果，这对于提高图案的一致性和质量至关重要。
