一種微機(jī)械差分電容式壓力計(jì)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微機(jī)械差分電容式壓力計(jì)。該壓力計(jì)的兩個(gè)電容由三個(gè)電容極板組成：由玻璃片或硅片上淀積金屬形成的上極板，重?fù)诫s的硅形成的下級(jí)板，與敏感壓力的膜片部分相連的單晶硅或多晶硅形成的中間可動(dòng)極板。本壓力計(jì)基于壓力計(jì)結(jié)構(gòu)中基本的硅杯結(jié)構(gòu)，當(dāng)壓力作用于敏感膜片時(shí)，膜片變形，連接在敏感膜片上的中間極板也隨之變形，從而使得上下兩個(gè)電容的電容值發(fā)生變化，形成差動(dòng)的信號(hào)輸出。該壓力計(jì)的制備工藝簡(jiǎn)單，可利用差動(dòng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的差動(dòng)檢測(cè)。
【專利說(shuō)明】一種微機(jī)械差分電容式壓力計(jì)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及MEMS (微電子機(jī)械系統(tǒng)）差分電容式壓力計(jì)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 電容式結(jié)構(gòu)在微傳感器領(lǐng)域有十分廣泛的應(yīng)用，相較于壓阻式結(jié)構(gòu)，電容式結(jié)構(gòu) 有較低的溫度系數(shù)，電容式結(jié)構(gòu)具有功耗低、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)，所以 電容式傳感器被認(rèn)為是一種很有發(fā)展前途的傳感器。然而由于電容式傳感器本身具有非線 性，微小電容的檢測(cè)易受寄生電容的影響以及環(huán)境電磁場(chǎng)的干擾，電容式傳感器直到80年 代才有比較大的進(jìn)步。第一個(gè)硅電容式壓力傳感器是由FordMotor于1979年報(bào)道的，此后， 很多公司，大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)相繼報(bào)道了各種微機(jī)械電容式傳感器。
[0003] 電容式壓力傳感器中的電容一般情況為一個(gè)極板固定，另一個(gè)極板隨壓力的作用 而產(chǎn)生變形，使得電容間距發(fā)生變化，從而引起電容值的變化。以平行板電容器為例，當(dāng)忽 略邊際效應(yīng)時(shí)，平行板電容的值為：
[0004]

【權(quán)利要求】
1. 一種微機(jī)械差分電容壓力計(jì)，其特征自下而上包括：感應(yīng)壓力的硅杯結(jié)構(gòu)（其中包 含敏感膜片），與敏感膜片通過(guò)絕緣支柱連接，其余部分懸空的中間可動(dòng)極板，以及上電極 蓋板，其特征在于： 硅杯結(jié)構(gòu)中的膜片會(huì)因壓力的作用而產(chǎn)生形變，連接于敏感膜片和中間極板的絕緣支 柱隨之變動(dòng)，帶動(dòng)中間極板的移動(dòng)，由下極板和中間極板構(gòu)成的下電容與由中間極板和上 極板構(gòu)成的上電容的兩個(gè)電容值分別發(fā)生變化，形成差動(dòng)結(jié)構(gòu)； 下極板由低電阻硅組成，包括膜片區(qū)域和膜片區(qū)域以外的與中間極板相對(duì)的部分，下 極板的引出通過(guò)與低電阻硅形成歐姆接觸的金屬壓焊電極引出； 中間極板由低電阻單晶硅或低電阻多晶硅組成，中間極板的引出通過(guò)與低電阻單晶硅 或低電阻多晶硅形成歐姆接觸的金屬壓焊電極引出； 上極板可由玻璃材料組成，玻璃材料本身絕緣不導(dǎo)電，在玻璃上淀積金屬作為上電極， 玻璃與娃杯陽(yáng)極鍵合在一起，或者由娃片組成，上極板娃片與下極板娃通過(guò)絕緣介質(zhì)鍵合 在一起。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微機(jī)械差分電容壓力計(jì)，其特征在于，中間可動(dòng)極板、下 極板與硅杯結(jié)構(gòu)基于SOI片，中間可動(dòng)極板由SOI片的硅單晶器件層形成，絕緣支柱由SOI 片的埋氧層形成，下極板由SOI片的襯底組成，SOI片的器件層和襯底均為重?fù)诫s，硅杯結(jié) 構(gòu)由SOI片在背面形成一個(gè)空腔組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微機(jī)械差分電容壓力計(jì)，其特征在于，下極板與硅杯結(jié) 構(gòu)基于單晶硅片，硅片表面重?fù)诫s，硅杯結(jié)構(gòu)由硅片在背面形成一個(gè)空腔組成，中間可動(dòng)極 板由淀積多晶硅組成，多晶硅重?fù)诫s，絕緣支柱由淀積的二氧化硅組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微機(jī)械差分電容壓力計(jì)，其特征在于，下極板與硅杯結(jié) 構(gòu)基于SOI片，下極板由SOI片的單晶娃器件層組成，器件層重?fù)诫s，娃杯結(jié)構(gòu)由SOI片在 背面形成一個(gè)空腔組成，中間可動(dòng)極板由淀積多晶硅組成，多晶硅重?fù)诫s，絕緣支柱由淀積 的二氧化硅的組成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微機(jī)械差分電容壓力計(jì)，其特征在于，上極板由玻璃組 成，玻璃預(yù)先腐蝕出腔體，在腔體里淀積金屬作為上極板的電極，玻璃上極板通過(guò)陽(yáng)極鍵合 與硅杯結(jié)構(gòu)組合在一起。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微機(jī)械差分電容壓力計(jì)，其特征在于，上極板由硅片組 成，硅片預(yù)先腐蝕出腔體，在腔體里淀積金屬作為上極板的電極，硅上極板通過(guò)絕緣介質(zhì)與 娃杯結(jié)構(gòu)鍵合在一起。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微機(jī)械差分電容壓力計(jì)，其特征在于，上極板由硅片組 成，硅片預(yù)先腐蝕出腔體，硅片重?fù)诫s作為上電極，上電極的引出是通過(guò)與重?fù)诫s硅形成 歐姆接觸的金屬壓焊電極引出，硅上極板通過(guò)絕緣介質(zhì)與硅杯結(jié)構(gòu)鍵合在一起。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微機(jī)械差分電容壓力計(jì)，其特征在于有兩個(gè)檢測(cè)電容， 該兩個(gè)電容共用一個(gè)極板，共用的極板為中間可動(dòng)極板，中間極板移動(dòng)后，一個(gè)電容的間距 增大，另一個(gè)電容的間距減小，兩個(gè)電容的電容值發(fā)生變化，一個(gè)增大，一個(gè)減小，形成差分 的關(guān)系。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微機(jī)械差分電容壓力計(jì)，其特征在于，絕緣支柱連接著 感應(yīng)壓力的膜片和中間極板，膜片的變形帶動(dòng)絕緣支柱的變動(dòng)，進(jìn)而引起中間極板的移動(dòng)， 中間極板通過(guò)懸臂梁與一固支點(diǎn)連接，固支點(diǎn)由重?fù)诫s的單晶硅或重?fù)诫s的多晶硅（與中 間極板的材料相同）通過(guò)絕緣基座（與絕緣支柱的材料相同）與硅杯相連，中間極板的引 出是由通過(guò)與固支點(diǎn)的低電阻單晶硅或低電阻多晶硅形成歐姆接觸的金屬壓焊電極引出。
【文檔編號(hào)】G01L9/12GK104062044SQ201310090325
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月20日
【發(fā)明者】楊琛琛, 高成臣, 張揚(yáng)熙 申請(qǐng)人:北京大學(xué)