2019年浙江省科技进步奖推荐项目公示表

一、项目名称：

面向微压领域的高灵敏压力传感器的关键技术及应用 二、推荐单位及推荐意见

推荐单位 温州市 推荐意见（限600字） 微型压力传感器是自动测控系统集成的关键元件之一，项目组针对微型压力传感器输出灵敏度低、产品稳定性差和使用寿命短等关键技术难题，开展了产学研用技术攻关，取得了重要创新和突破：（1）在理论方法上建立了器件级纳米硅薄膜的压阻效应、力学行为及界面热力学模型，奠定了纳米硅薄膜高力学灵敏度的理论基础，并通过大量实验研究进行验证；（2）提出了新颖的纳米硅薄膜压力传感器芯片物理构建和设计方法，从而获得更微小、更线性和高灵敏度的敏感元件结构，解决了低量程高灵敏度与超薄梁膜大挠变引起的非线性两者间的矛盾；（3）提出了单边式压力传感器芯片大批量制造工艺和超低量程纳米硅压力传感器高精度和宽温区温度系数补偿方法，解决了微型压力传感器灵敏度、温度稳定性和非线性的技术难题。 项目自主研发的压力传感器应用于压力变送器、流量测控仪、智能水泵控制器等恒压控制系统，解决了变频恒压供水系统小流量频繁启动和无流量传感器的压力采集与测控问题。项目成果经中国机械工业联合会组织鉴定，由谭建荣院士等组成的专家组评价得出“该成果创新显著，对我国高灵敏压力传感器的发展具有重大作用，整体水平达到国内领先水平，纳米硅薄膜压力传感器芯片物理构建、设计方法达到国际先进水平。”项目成果授权发明专利7项，发表SCI检索学术论文8篇。项目产品经推广应用，新增销售2.294亿元，新增税收2568.63万元，出口创汇15755.5787万元，经济社会效益显著。 推荐该项目为省科技进步奖 二 等奖。

三、项目简介

主要技术内容、授权知识产权情况、技术指标、应用推广及取得的经济社会效益等（限1000字） 微型压力传感器是自动测控系统集成的关键元件之一，尤其随着物联网技术的兴起，对压力检测元件的性能要求更高。而目前高灵敏度压力传感器市场上主要由传统的机械电容式和带前置放大电路的陶瓷电容式占有，采用放大器增大输出，并非获得真实的微小压力量程，因此输出灵敏度、产品稳定性和使用寿命较差。因此研制新型高灵敏度压力传感器势在必行。 项目组针对微型压力传感器输出灵敏度低、产品稳定性差和使用寿命短等关键技术难题，在省科技计划和自然基金项目支持下，开展了产学研用技术攻关，取得了一系列重要成果和突破。 创新成果1: 采用纳米硅薄膜力敏测量层，在理论方法上建立了器件级纳米硅薄膜的压阻效应、力学行为及界面热力学模型，奠定了纳米硅薄膜高力学灵敏度的理论基础，并通过大量实验研究进行验证。 创新成果2:提出了新颖的纳米硅薄膜压力传感器芯片物理构建和设计方法，以梁为主、梁膜/岛复合结构为力学弹性元件设计的压力传感器，获得更微小、更线性和高灵敏度的敏感元件结构，解决了低量程高灵敏度与超薄梁膜大挠变引起的非线性两者间的矛盾。 创新成果3:提出了单边式压力传感器芯片大批量制造工艺和超低量程纳米硅压力传感器高精度和宽温区温度系数补偿方法，形成兼容CMOS工艺的硅片单边结构的压阻式压力传感器芯片制造加工技术，应用集成恒流源网络来补偿灵敏度温度系数的方法，改善灵敏度温度系数。 项目组创新性通过无应力封装工艺，应力集中、改善低量程非线性等措施，进一步把量程低微化，制作超微压压力传感器，项目研制的纳米硅薄膜压力传感器输出灵敏度：0～100Pa、0～250Pa量程时≥1.5mV/V；0～500Pa、0～1000Pa量程时≥5.0mV/V；非线性精度：0.25%FSO～1.0%FSO。所研发的压力传感器集成应用于压力变送器、流量测控仪、智能水泵控制器等，解决了变频恒压供水系统小流量频繁启动和无流量传感器的压力采集与测控问题。 项目成果经中国机械工业联合会组织鉴定，由谭建荣院士等组成的专家组评价得出“该成果创新显著，对我国高灵敏压力传感器的发展具有重大作用，整体水平达到国内领先水平，纳米硅薄膜压力传感器芯片物理构建、设计方法达到国际先进水平。”项目成果授权发明专利7项，发表SCI检索学术论文8篇。项目产品经浙江神能科技股份有限公司和爱科赛智能科技（台州）有限公司等产业化应用和推广，近三年新增销售2.294亿元，新增税收2568.63万元，出口创汇15755.5787万元，产品远销海内外，为恒压供水和计量的数字化与物联网化提供了监测核心器件，并取得了显著的经济和社会效益。

四、第三方评价

评价结论、检测结果等（限1200字） 1.学术评价 本项目授权发明专利7项，发表国际期刊学术论文9篇，其中SCI检索期刊8篇，他引次数为8次。 2.科技成果鉴定意见 2018年12月4日，由中国机械工业联合会在杭州组织鉴定，由谭建荣院士、浙江工业大学等专家组成的专家组对项目进行技术鉴定，专家组认为：“该成果创新显著，对我国高灵敏压力传感器的发展具有重大作用，整体水平达到国内领先水平，纳米硅薄膜压力传感器芯片物理构建、设计方法达到国际先进水平。” 3.国内外查新报告 2018年11月6日，由中国科学技术信息研究所给出科技查新报告，结果表明： 在国内文献检索中，关于查新点1（以梁为主，梁/膜/岛复合结构为力学弹性元件设计），除项目合作方江苏大学发表公开文献外，仅查新委托方温州大学发表的含有梁/膜/岛复合结构的压力传感器的文献，未见有其他与查新点所述技术特征相同的“采用纳米硅薄膜力敏测量层，以梁为主，梁/膜/岛复合结构为力学弹性元件设计的压力传感器”的公开文献报道。关于查新点2（无掩摸光刻技术，对图形形状及三维层次进行控制，从而实现应力集中，同时实现过载限位结构的压力传感器芯片），未见有单边CMOS工艺的压阻式压力传感器研究的公开文献报道。关于查新点3（提出应用“集成恒流源网络” 来补偿灵敏度温度系数的方法,改善灵敏度温度系数），除项目委托方及合作单位发表的公开文献外，仅见有使用恒流源对压力传感器灵敏度温度补偿研究的公开文献，但未见有与查新点3所述技术特征相同的“内置集成恒流源网络来补偿灵敏度温度系数”的公开文献报道。 在以上国外文献检索中，限于查新点中的压力传感器梁、膜、岛及单边为抽象结构特征，检索入口较难直接把握，本报告采用直接检索并辅助扩充检索的策略，关于查新点1，除该项目委托方单位及合作单位发表的中国专利英文版外，未见有其他与查新点1所述技术特征相同的国外公开文献报道。关于查新点2，见有使用CMOS技术的压力传感器，但未见有与查新点2相同的“形成兼容CMOS工艺的硅片单边结构的压阻式压力传感器芯片制造加工技术”。关于查新点3，见有使用恒流源对压力传感器灵敏度温度补偿研究的公开文献，但未见有“内置集成恒流源网络”补偿压力传感器灵敏度温度系数的公开文献报道。 4.产品检验及检测报告 压力传感器(0-100 Pa)，编号E038515，于2018年09月14日取得由上海市计量测试技术研究院华东国家计量测试中心给出的校准证书，证书编号为：2018E21-10-1584985001。检测结果显示重复性误差0.4%FS，迟滞0.12%FS，线性0.03%FS，基本误差0.48%FS。压力传感器(0-100 Pa)，编号E038516，于2018年09月14日取得由上海市计量测试技术研究院华东国家计量测试中心给出的校准证书，证书编号为：2018E21-10-1584985002。检测结果显示重复性误差0.28%FS，迟滞0.07%FS，线性0.02%FS，基本误差0.33%FS。 五、推广应用情况、经济效益和社会效益 1、完成单位直接经济效益

单位名称 新增应用量 新增销售收入（单位：万元） 新增税收（单位：万元） 新增利润（单位：万元） 2016年 2017年 2018年 2016年 2017年 2018年 2016年 2017年 2018年 2016年 2017年 2018年 0 0 0 0 0 22332套 0 0 7300 0 0 6900 0 0 8740 0 0 0 0 0 0 0 温州大学 浙江神能科技股份有限公司 爱科赛智能科技（台州）有限公司 江苏大学 445.688 865.3475 1257.5947 339.5984 583.7625 719.9240 0 0 0 0 0 0 合 计

2．推广应用情况和经济效益（非完成单位）

起止 时间 应用单位名称 单位联系人、电话 新增应用量 新增销售收入(万元) 新增税收(万元) 201620172018201620172018201620172018年 年 年 年 年 年 年 年 年 新增利润(万元) 201620172018年 年 年 合 计：

3．社会效益和间接经济效益（限600字）

在汽车电子产品、工业控制、通讯电子产品、消费类电子产品等专业设备，以及能源、石化、环境保护、医学诊断、生物工程和煤矿安全等广泛领域，超微压高灵敏度压力传感器，有着极大的应用领域和市场份额，标志着一个国家计量测试技术的水平。针对微小流量检测和微压力的检测与计量领域，本项目成果研制出了系列化微压力传感器，并使之集成应用于变频恒压供水控制器、智能泵控制器、胎压检测传感器和流量计压力变送器等产品中，实现了行业领域专用器件的典型应用。

该项目产品硅薄膜微压力传感器应用于变频恒压供水和变频泵、智能泵等领域，解决了小流量检测难题和泵机的频繁启动问题，实现了高精度高稳定性恒压供水。产品经浙江神能科技股份有限公司和爱科赛智能科技（台州）有限公司产业化应用和推广，近三年产生直接经济效益2.68亿元。通过本项目的研究成果集成应用和推广，以微压力检测、计量为手段，实现成套供水系统的智能化和物联网化改造，提高供水稳定性、寿命和运行效率，具有广阔的市场前景。

项目产品压力变送器配套应用于磁电流量计和涡街流量计等流量测控仪装置中，经温州华信仪表有限公司进行产业化推广，现已广泛应用于大庆油田、胜利油田和东辉油田等采油系统中，实现了油矿采油的精确计量和远程监测，推进了油矿企业的物联息化建设。项目成果在现有专用领域应用基础上，将面向微流控技术着眼的生物医疗领域所需的微泵微压力检测的集成应用，开发相关系列产品进行产业化应用。

六、主要完成人员情况

行政 排名 姓名 职务 职称 专业 技术 现从事 工作单位 单位 单位 创新的创造性贡献 总负责， 主要完成传1 郑蓓蓉 研究员 机械制造信息化 温州大学 机电工程学院 温州大学 感器芯片弹性元件的设计、温度灵敏度系数的补偿设计 激光与2 李峰平 常务副院长 特聘研究员 装备自动化与智能控制 温州大学 光电智能智造研究院 3 周晨 讲师 机械制造信息化 微纳机电系统及其集成 微机械电子激光加工 机械制造信息化 传感器控制器设计 微纳材料设计 流量仪表、传感器设计 温州大学 机电工程学院 机电工程学院 机电工程学院 机电工程学院 温州大学 温州大学 小流量检测算法、变频恒压控制算法和力敏器件弹塑性性能研究 压力传感器非线性改善的方法 研究了纳米硅薄膜的江苏大学 力学特性，为传感器设计提供依据 温州大学 纳米硅薄膜高压阻效应及其力学行为研究 恒压供水控制算法研究 变频恒压控制器的产业化应用 硅基薄膜器件力学仿真建模与优化 研究硅纳米材料的热建模与仿真 二级 完成 对本项目主要科技4 王权 教授 江苏大学 5 副校长 教授 温州大学 6 彭志辉 讲师 温州大学 浙江神能科技股份有限公司 温州大学 温州大学 浙江神能7 赵军平 总经理 高级经济师 机电工程学院 机电工程学院 科技股份有限公司 温州大学 8 廖宁波 副教授 9 张淼 副教授 温州大学 温州大学 七、主要完成单位情况

排名 单位名称 对本项目的支撑作用情况 1 温州大学 主要研究了纳米硅薄膜高压阻效应及其力学行为，建模与仿真。完成了传感器芯片弹性元件的设计、温度灵敏度系数的补偿设计、非线性优化等研究。 主要研制了基于恒压控制的变频控制系统及其变频恒压控制器的产业化。 主要研制了纳米硅薄膜压力传感器的制备工艺和中试生产，完成了压力传感器的标定、集成测控平台的研制与产业化应用推广。 主要研究了纳米硅薄膜的力学行为特性，为传感器设计提供了理论基础和依据。 2 浙江神能科技股份有限公司 3 爱科赛智能科技（台州）有限公司 4 江苏大学 八、主要知识产权证明目录（和论文专著数量总和不超过10件）

国家 知识产权类别 发明专利 发明专利 发明专利 知识产权具体名称 （地区） 一种内应力影响下压力传感中国 器非线性判别方法 一种基于灰色关联法的小流中国 量检测方法 一种高效变频恒压供水系统中国 的控制方法 CN104359611A CN103487096A CN103556677A 2015.02.18 2014.01.01 2014.02.05 温州大学 郑蓓蓉;王权;张艳敏;; 温州大学 李峰平;彭志辉;周余庆;付培红;曹宇;赵军平; 台州神能电赵军平;彭志辉;李峰平;胡器有限公司 雪林 授权号 授权日期 权利人 发明人（培育人） 九、代表性论文专著目录（和知识产权数量总和不超过10件）

作 者 Beirong Zheng, Chen Zhou, Quan Wang, Yifeng Beirong Zheng, Chen Zhou, Xiaomin Pan, Quan Wang, Wei Xue B. R. Zheng, C. Zhou, Q. Wang, X.M. Pan, W. Xue Chen Zhou, Yanmin Zhang, Beirong Zheng, Wei Xue, Quan ＊ Wang＊Quan Wang, Yanmin Zhang，Ran Hu，Daohan Ge, Naifei Ren Miao Zhang, Ningbo Liao, Jie ＊ Shen, Wei XueYang Yao, Liao Ningbo, Zhang Miao,Li ＊ Fengping 论文专著名称/刊物 Deposition of low stress silicon nitride thin film and its application in surface micromachining device structures Intelligent detector of internal combustion engine cylinder pressure and sensitivity temperature coefficient compensation Ultra-small micro pressure sensor chip design and fabrication featuring high-sensitivity and good linearity 年卷期 页码 2013(25):39-3998 2013: 107582-107587 2015(21):173–179 发表 SCI他他引 时间 引次数 总次数 （年、月） 2013年10月 3 3 2013年10月 0 0 2015年1月 2 2 Effect of internal stress on nonlinearity and sensitivity of a pressure sensor 2017:28with SiN composite diaphragm 4-291 Structure disorder degree of polysilicon thin films grown by different processing: constant C from Raman spectroscopy Effect of substrate temperature on mechanical properties of SiCO thin film 2013,114(18):183504 2017年1月 1 1 2013年11月 1 1 2015, 2015年9(1)：7月 144-150 0 0 Evaluation of the elastic-plastic 2017 2017年properties of SiCN coating system by (37) :385月 finite element simulations 91–37 1 1 合 计: 8 8 承诺：上述第八、九部分的知识产权、论文、专著用于报奖的情况，已征得未列入项目完成单位或完成人的发明人（培育人）、权利人、作者的同意。

十、完成人合作关系说明

温州大学与浙江神能科技股份有限公司、爱科赛智能科技（台州）有限公司、江苏大学通过产学研合作、科研立项，共享科技成果、共同指导研究生等形式，长期保持着合作关系。

温州大学郑蓓蓉（1）、周晨（3）、（5）与江苏大学王权（4）在纳米硅薄膜的力学行为特性开展了长期合作，共同完成了5篇代表性学术论文和1项主要发明专利授权，为传感器设计提供了理论基础和依据，同时进行了成果的应用推广工作。温州大学（5）、廖宁波（8）、张淼（9）、李峰平（2）等在硅基薄膜器件力学仿真建模与优化开展研究，共同发表了2篇代表性学术论文。

温州大学与浙江神能科技股份有限公期开展产学研合作，并于2014年12月通过科技成果拍卖达成“基于物联网的智能变频恒压供水控制系统”的项目研发。温州大学李峰平（2）团队负责完成集压力控制、流量观测与泵机高效运行的变频恒压泵用变频器系列产品的研发，并将本项目创新成果高精度压力传感器嵌入该系列产品进行批量化推广应用。李峰平（2）作为项目负责人、浙江神能科技承担的温岭市重大工业科技项目的立项、研究和结题验收工作，团队为神能科技完成了变频恒压控制器系列产品的研发工作，并为神能科技授权了3项发明专利，发明设计人均为李峰平（2）、赵军平（7）、彭志辉（6）、（5）等本项目团队科研人员。

爱科赛智能科技（台州）有限公司系温州大学科研团队孵化的产业化公司，将团队研制的压力传感器芯片，配套应用于智能水泵控制器系列产品投放市场。并为团队完成了微压力和流量集成测控与标定平台，授权了两项发明专利，发明设计人均为李峰平（2）团队相关成员，该公期为科研团队的项目产品进行中试和标定等产业化推广工作。

在上述相关合作研究的基础上，四方紧密围绕纳米硅薄膜压力传感器的研制与产业化。温州大学主要完成了纳米硅薄膜高压阻效应及其力学行为研究、建模与仿真优化。并完成了传感器芯片弹性元件的设计、温度灵敏度系数的补偿设计、非线性优化等研究。江苏大学为本项目主要研究了纳米硅薄膜的力学行为特性，为传感器设计提供了理论基础和依据。爱科赛智能科技（台州）有限公司主要研制了纳米硅薄膜压力传感器的制备工艺和中试生产，完成了压力传感器的标定、集成测控平台的研制与产业化应用推广。浙江神能科技股份有限公司主要完成了基于恒压控制的变频控制系统及其变频恒压控制器的产业化。2018年12月，由谭建荣院士等专家组成的中国机械工业联合会鉴定专家组对本项目进行技术鉴定，专家组认为：“该成果创新显著，对我国高灵敏压力传感器的发展具有重大作用，整体水平达到国内领先水平，纳米硅薄膜压力传感器芯片物理构建、设计方法达到国际先进水平。”

承诺：本人作为项目第一完成人，对本项目完成人合作关系及上述内容的真实性负责，特此声明。

第一完成人签名：

完成人合作关系情况汇总表

序号 合作方式 1 共同立项 合作者 合作时间 合作成果 证明材料编号 备注 郑蓓蓉（1）、2012.06～用于物联网的新型 周晨（3）、2014.06 纳米硅材料压力传王权（4）、感器研究 （5）、廖宁波（8）、张淼（9） 周晨（3）、2013.01～多物理场耦合下纳 （5）、2017.12 米硅薄膜的服役行彭志辉（6）、为研究 廖宁波（8）、张淼（9） 张淼（9）、2011.01～微器件界面结构的 周晨（3）、2013.12 建模和热可靠性研廖宁波（8） 究 一种内应力影响下 压力传感器非线性判别方法 一种基于灰色关联 法的小流量检测方法 一种高效变频恒压 供水系统的控制方法 一种基于反求法的 高效变频恒压供水系统控制方法 一种基于反求法的 变频供水系统运行效率在线检测方法 2 共同立项 3 共同立项 4 共同知识郑蓓蓉（1）、2015.02 产权 王权（4）、（5） 共同知识李峰平（2）、2014.01 产权 彭志辉（6）、赵军平（7） 共同知识赵军平（7）、2014.02 产权 彭志辉（6）、李峰平（2） 共同知识彭志辉（6）、2013.09 产权 李峰平（2）、赵军平（7） 共同知识彭志辉（6）、2013.09 产权 李峰平（2）、赵军平（7） 5 6 7 8 9 成果拍卖 李峰平（2）、2014.10～基于物联网的变频 郑蓓蓉（1）、2015.10 恒压供水控制系统 彭志辉（6）、赵军平（7） 李峰平（2）、2013.03-2郑蓓蓉（1）、018.03 彭志辉（6）、赵军平（7） 李峰平（2）、2018.12 郑蓓蓉（1）、彭志辉（6）、赵军平（7） 基于物联网的变频 恒压供水控制技术及其控制器系列产品创新工程 硅薄膜力敏传感器 软件标定与测试 10 项目合作 11 项目合作 12 科技成果郑蓓蓉（1）、 2018.12 鉴定 李峰平（2）、周晨（3）、王权（4）、（5）、彭志辉（6）、赵军平（7）、廖宁波（8）、张淼（9） 面向微压领域的高 灵敏压力传感器的关键技术及应用

十一、知情同意证明（附签字扫描件）