温度传感器是一种重要的和应用广泛的传感器。传统温度传感器如铂电阻、热电偶、热敏电阻等温度传感器技术已经成熟，如典型的A型铂电阻，满量程精度为±0．5℃。CMOS集成温度传感器的测量范围通常在-50℃到125℃，而探空仪与物联网的发展对微型化、宽温度测量范围、低功耗的温度传感器有较大的需求。本文提出一种低功耗、具有较宽测量范围的MEMS电容式温度传感器，主要工作包括：　　 (1)提出了一种基于硅MEMS技术的电容式温度传感器结构。该温度传感器以多层悬臂梁式固态电容作为温度敏感和电容检测结构。这种温度传感器的工作原理是基于不同材料热膨胀系数的失配和弹性电介质的电致伸缩增强效应。温度变化时在材料间热膨胀失配效应的作用下，使敏感结构产生弯曲变形，也产生了相应的应力。同时在电致伸缩增强效应的作用下，电容式温度传感器电极之间电介质的介电常数随应力的改变而产生相应的变化，通过检测电容的变化即可测得温度的变化。　　 (2)根据Timoshenko的双层悬臂梁理论，建立了传感器敏感元件的温度-机械静态耦合分析模型，并采用ANSYS有限元软件验证了模型的有效性。论文根据CMOS工艺中的材料，选用了热膨胀系数差值较大的金属Al和硅作为传感器结构的主体材料。之后，运用建立的推广模型对温度传感器进行了设计，并根据电致伸缩增强效应对传感器静态特性进行了模拟。　　 (3)论文采用热-电类比的方法，研究了封装后温度传感器的瞬态响应。首先将传感器进行单元划分并建立相应的热拓扑网络，之后由热-电类比关系建立了对应的电学拓扑网络。根据热瞬态现象的物理意义建立了完整的瞬态分析等效电路，用SPICE对所建立的等效电路进行求解，得到时间常数。论文将这种模型用于温度传感器的阶跃热响应分析与模拟。　　 (4)采用CMOS兼容工艺研制出电容式硅MEMS温度传感器，进行了静态参数测试和瞬态响应测试。结果表明，设计的电容式温度传感器具有较宽的测量范围(实测-70～100℃)、可达7fF/℃的灵敏度以及较好的线性输出特性。实验结果表明，弹性电介质的电致伸缩增强效应放大了传感器的输出信号，与模拟结果相符。瞬态响应测得的时间常数小于40ms，表明封装后的温度传感器有较快的响应速度。　　 本文系统地研究了MEMS电容式温度传感器，该传感器具有体积小、量程宽、功耗低、热响应时间短等特点，在探空仪、物联网等领域有较好的应用前景。