Un equipo liderado por los profesores Chen Deyong y Wang Junbo del Instituto de Información Espacial y Aérea de la Academia China de Ciencias ha desarrollado un nuevo microsensor que mejora la precisión y el rango de medición en la detección de presión de vacío. Los resultados se publicaron en la revista Microsystems & Nanoengineering.

Los sensores de vacío de amplio rango son cruciales en diversos campos de alta tecnología. Por ejemplo, en la industria de semiconductores, el control preciso de la presión es esencial para procesos como la deposición química en fase vapor y el grabado por plasma. Sin embargo, las tecnologías actuales enfrentan un compromiso entre rango y precisión: los vacuómetros Pirani ofrecen amplio rango pero baja precisión, mientras que los vacuómetros de diafragma capacitivo (CDG) son muy precisos pero de rango limitado. Los sensores compuestos que combinan ambas tecnologías son voluminosos, complejos y sensibles al tipo de gas.

Para resolver estos problemas, el equipo desarrolló un sensor de presión basado en sistemas microelectromecánicos (MEMS) que integra dos modos de resonador en un único elemento sensor, permitiendo operar de forma estable en seis órdenes de magnitud (de 0,3 Pa a 100.000 Pa). En baja presión (0,3 Pa a 1.000 Pa), utiliza el modo de “localización de modo” que amplifica pequeñas variaciones de presión en señales fácilmente detectables. En alta presión (1.000 Pa a 100.000 Pa), cambia automáticamente al modo resonante tradicional, que ofrece alta precisión y estabilidad.

Este diseño de doble modo proporciona un rendimiento excepcional. La resolución es de aproximadamente 0,1 Pa en baja presión y 2,0 Pa en alta presión. Los errores de calibración son mínimos: desviación relativa del 1,99 % a 120 °C en baja presión y tan solo 0,01 % del fondo de escala en alta presión. Además, opera de forma fiable en un amplio rango de temperaturas (−20 °C a 120 °C) y es independiente del tipo de gas.

Todas estas funciones están integradas en un chip MEMS compacto de solo 27,2 mm³, mucho más pequeño que los chips comerciales tradicionales, que pueden ser hasta 200 veces más grandes.

Esta investigación ofrece perspectivas valiosas para aplicaciones en fabricación de semiconductores, misiones espaciales e ingeniería de alta precisión.