本发明涉及压力传感器的，尤其涉及一种单晶金刚石压敏芯片及其制备方法和高温压力传感器。
背景技术：
1、传统的高温压力传感器在极端工作条件下往往面临一系列挑战，如高温下的材料失效、热漂移和信号失真等。这限制了它们在高温和高压环境下的应用范围。压敏芯片作为制备高温压力传感器中的重要元件，其作用在于转换压力信号为电信号，当受到外部压力作用时，压敏芯片会产生相应的电信号，该电信号可以被测量和记录，从而实现对高温环境下的压力变化进行监测和测量，故高温压力传感器能够在高温高压环境下稳定应用，最主要的是压敏芯片能够在高温高压环境下正常工作。
2、金刚石是一种具有极高硬度、优异热导性和化学稳定性的材料，被广泛应用于各种工业领域。在高温和高压环境下，金刚石表现出出色的性能，因此，开发基于金刚石的高温压力传感器对于许多应用来说具有重要意义。金刚石有单晶金刚石和多晶金刚石。与多晶金刚石相比，由于单晶金刚石晶体不含不规则晶界，因而其各方面性能更优异。单晶金刚石具有超宽的禁带宽度、低介电常数、高击穿电压、高热导率、高本征电子和空穴迁移率，以及出色的抗辐射性能，是目前已知的最有前景的宽禁带高温半导体材料。
3、单晶金刚石相比与si和sic材料，在高温环境下具有极高的热导率，远远超过si和sic材料，能够更有效地传递和散热，并防止热量积聚导致性能下降。单晶金刚石还具有更优异的机械稳定性和硬度，能够在高温环境下保持其结构的完整性和强度，抵抗高温下的应力和变形，从而提高其长期可靠性和耐久性。在制作压力传感器方面，金刚石薄膜具有优越的压力传感器制作特性。与sic相比，金刚石薄膜在高温下具有更高的压阻灵敏度因子，在温度为473k时，金刚石薄膜的压阻灵敏度因子是sic的23倍，因此采用金刚石制备的高温压力传感器将更有优势。目前，利用sic材料制成的压力传感器工作温度可以到达600℃，极限温度为1000℃。但面对1000℃以上的高温环境下的压力测量，sic材料已不能满足需求。
4、目前，制备高质量的单晶金刚石压敏芯片以及高温压力传感器仍然是一个技术挑战。尽管单晶金刚石具有出色的高温稳定性和热导性能，但其制备过程相对复杂并具有一定的技术难度。此外，面对1000℃以上的高温环境，对单晶金刚石高温压力传感器的欧姆接触电极、封装、抗氧化能力都提出了新的挑战。针对欧姆接触电极，传统的金属材料在高温下容易发生反应、氧化或烧蚀，导致电极的稳定性和导电性能下降。抗氧化能力也是单晶金刚石高温压力传感器面临的挑战之一，在高温下，氧化反应会对金刚石材料造成损伤，降低其性能和寿命。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提出了一种单晶金刚石压敏芯片及其制备方法和高温压力传感器，以解决现有的压敏芯片及压力传感器无法满足在超高温和极端恶劣环境中稳定工作的技术问题。
2、本发明的技术方案是这样实现的：
3、第一方面，本发明提供了一种单晶金刚石压敏芯片，所述压敏芯片包括衬底、压敏电阻、压敏薄膜、第一保护镀层和欧姆接触电极，
4、所述衬底为单晶金刚石，衬底一侧开设有背腔，背腔的面积小于衬底的面积；
5、所述衬底远离背腔的一侧设置有压敏电阻、压敏薄膜和第一保护镀层，第一保护镀层覆盖衬底远离背腔的一侧，所述第一保护镀层与背腔中心平行对应的区域蚀刻形成压敏薄膜，所述压敏薄膜周向设置有多个端部，每个端部嵌设有一组压敏电阻；
6、所述欧姆接触电极位于第一保护镀层远离衬底的一侧，且串联若干组压敏电阻。
7、在以上技术方案的基础上，优选的，多组压敏电阻均沿x轴方向或y轴方向分布，每组压敏电阻由若干个单个电阻组成，所述单个电阻为掺杂单晶金刚石压敏电阻。
8、在以上技术方案的基础上，优选的，掺杂单晶金刚石压敏电阻的掺杂材料为硼、氮、磷、硅、硼氮、硅氮、硼氮碳和氧化物掺杂中的任一种。
9、在以上技术方案的基础上，优选的，所述欧姆接触电极包括第一金属引线、第二金属引线和金属焊盘，
10、金属焊盘设置于所述第一保护镀层远离衬底的一侧，
11、所述第一金属引线串联若干个单个电阻，
12、所述第二金属引线一端连接压敏电阻，另一端连接金属焊盘。
13、在以上技术方案的基础上，优选的，所述欧姆接触电极为钨铼合金、铼铱合金、铂钨合金、铂铑合金、铂铱合金、铜钨合金、ti/tin/au、ti/au、ti/tan/au和高熵合金中的任一种；所述衬底为单晶金刚石。
14、在以上技术方案的基础上，优选的，所述压敏薄膜为十字形、菱形或四角星形。
15、在以上技术方案的基础上，优选的，还包括第二保护镀层，所述第二保护镀层位于衬底远离压敏电阻的一侧，所述第二保护镀层围绕背腔周向设置，覆盖衬底除背腔以外的区域。
16、第二方面，本发明提供了一种单晶金刚石压敏芯片的制备方法，包括以下步骤：
17、s1、在衬底两侧沉积第一保护镀层，并在第一保护镀层表面制作压敏电阻区域，在压敏电阻区域生长掺杂单晶金刚石形成压敏电阻，衬底远离压敏电阻的一侧蚀刻第一保护镀层和衬底形成背腔；
18、s2、在衬底靠近压敏电阻的一侧表面沉积第一保护镀层，沉积厚度为压敏电阻厚度的2～3倍；
19、s3、在第一保护镀层表面的中心区域蚀刻形成压敏薄膜，蚀刻深度至压敏电阻露出为止；
20、s4、在第一保护镀层、压敏薄膜和压敏电阻远离衬底的一侧磁控溅射欧姆接触电极材料，采用金属剥离工艺制备欧姆接触电极，得到单晶金刚石压敏芯片。
21、第三方面，本发明提供了一种高温压力传感器，包括如上任一项所述的压敏芯片、壳体、导电介质和基座，
22、所述压敏芯片的底部设置于基座上方；
23、所述壳体键合于支撑基座上方且内侧与压敏芯片侧边紧密贴合；
24、所述导电介质一端与压敏芯片的欧姆接触电极紧密连接并内嵌于壳体中，另一端贯穿基座。
25、在以上技术方案的基础上，优选的，还包括缓冲凸台和第一空腔，
26、所述缓冲凸台位于背腔内，设置于基座上方；
27、所述壳体与压敏芯片远离基座的一侧形成第一空腔，所述壳体顶部还设置有与第一空腔连通的通孔。
28、在以上技术方案的基础上，优选的，所述基座、壳体和缓冲凸台均采用相同的耐高温陶瓷材料制成。
29、本发明的一种单晶金刚石压敏芯片及其制备方法和高温压力传感器相对于现有技术具有以下有益效果：
30、(1)通过以单晶金刚石衬底、掺杂单晶金刚石压敏电阻制备压敏芯片，可提高压敏芯片的耐高温性能，保证压敏芯片在高温环境下保持其结构的完整性，同时单晶金刚石不含不规则晶界，可提高压敏芯片的感压效果和弹性，进而提高压敏芯片在高温环境中的检测灵敏度；
31、(2)通过将第一保护镀层蚀刻减薄形成压敏薄膜，压敏薄膜设置为四角星形，使得在受力的情况下，从而实现了对尺寸变化的灵活控制，促使在受力作用下，压敏薄膜能够更加均匀地变形，降低了非线性效应的发生，能够使得压敏薄膜在受力时能够更加均匀地变形，提高传感器的线性度；
32、(3)通过上述压敏芯片封装制备形成高温压力传感器，可提高高温压力传感器的耐高温性能以及压力检测灵敏度，传感器的基座、壳体和缓冲凸台均采用相同的耐高温陶瓷材料制成，在高温环境下能避免不同材料热膨胀系数的失配；同时通过第二保护镀层和第一保护镀层在压敏芯片两侧形成保护层，可进一步提高高温压力传感器在高温环境下的抗氧化能力，避免单晶金刚石高温下氧化造成结构失效；
33、(4)通过压敏芯片与基座之间形成背腔，并在背腔内设置缓冲凸台，可避免过载压力造成对压敏芯片的功能性破坏。
34、(5)本发明提供的制备方法便于加工，制作工艺简便，采用飞秒激光和湿法蚀刻技术在单晶金刚石衬底上成功制作出背腔，有效克服了单晶金刚石硬度大和不易加工的难题。
1.一种单晶金刚石压敏芯片，其特征在于：所述压敏芯片包括衬底(1)、压敏电阻(2)、压敏薄膜(4)、第一保护镀层(3)和欧姆接触电极(5)，
2.如权利要求1所述的一种单晶金刚石压敏芯片，其特征在于：多组压敏电阻(2)均沿x轴方向或y轴方向分布，每组压敏电阻(2)由若干个单个电阻组成，所述单个电阻为掺杂单晶金刚石压敏电阻(2)。
3.如权利要求2所述的一种单晶金刚石压敏芯片，其特征在于：掺杂单晶金刚石压敏电阻(2)的掺杂材料为硼、氮、磷、硅、硼氮、硅氮、硼氮碳和氧化物掺杂中的任一种。
4.如权利要求3所述的一种单晶金刚石压敏芯片，其特征在于：所述欧姆接触电极(5)包括第一金属引线(51)、第二金属引线(53)和金属焊盘(51)，
5.如权利要求1所述的一种单晶金刚石压敏芯片，其特征在于：所述欧姆接触电极(5)为钨铼合金、铼铱合金、铂钨合金、铂铑合金、铂铱合金、铜钨合金、ti/tin/au、ti/au、ti/tan/au和高熵合金中的任一种。
6.如权利要求1所述的一种单晶金刚石压敏芯片，其特征在于：所述压敏薄膜(4)的形状为十字形、菱形或四角星形。
7.如权利要求1～6任一项所述的一种单晶金刚石压敏芯片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
8.一种高温压力传感器，其特征在于：包括如权利要求1～6任一项所述的压敏芯片、壳体(7)、导电介质(8)和基座(9)，
9.如权利要求8所述的一种高温压力传感器，其特征在于：还包括缓冲凸台(10)和第一空腔(101)，
10.如权利要求9所述的一种高温压力传感器，其特征在于：所述基座(9)、壳体(7)和缓冲凸台(10)均采用相同的耐高温陶瓷材料制成。
