柔性射頻單晶硅薄膜雙向動態(tài)應(yīng)變傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于應(yīng)變測量領(lǐng)域，具體涉及一種柔性射頻單晶硅薄膜雙向動態(tài)應(yīng)變傳感器，其包括襯底、傳感器以及用于測試的輸入端和輸出端。所述傳感器由兩支共陽極垂直連接的柔性射頻單晶硅薄膜PIN型晶體管構(gòu)成。兩支PIN型晶體管的正極采用共陽極連接方式通過互聯(lián)金屬和傳感器輸入端連接到一起，兩支PIN型晶體管負極分別通過互聯(lián)金屬和傳感器的輸出端相連。該傳感器可以同時檢測到兩支晶體管在不同應(yīng)變下的S參數(shù)的變化，進而根據(jù)S參數(shù)與動態(tài)應(yīng)變之間的關(guān)系，分別得到水平方向和垂直方向兩個方向的動態(tài)應(yīng)變的大小，提高了檢測效率，有效降低了成本，是一種性能較好的柔性射頻應(yīng)變傳感器。
【專利說明】柔性射頻單晶硅薄膜雙向動態(tài)應(yīng)變傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于應(yīng)變測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種柔性射頻單晶硅薄膜雙向動態(tài)應(yīng)變傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]動態(tài)應(yīng)變測量一般是研究工作頻率在幾十KHz或幾百KHz的形變監(jiān)測，不僅要檢測機械形變的產(chǎn)生，而且要實時檢測機械形變的變化。傳統(tǒng)的動態(tài)應(yīng)變測量方式基本上是利用電阻應(yīng)變片組成測量電橋形式，結(jié)合相應(yīng)的外圍電路，采用調(diào)頻的方式形成動態(tài)單方向應(yīng)變測量系統(tǒng)。基于電阻應(yīng)變片這一基本敏感元件所組成的動態(tài)應(yīng)變測量系統(tǒng)，由于電阻應(yīng)變片本身的機械滯后特性以及外圍電路的設(shè)計方式，都會影響動態(tài)測量的精度和范圍。應(yīng)變測量主要應(yīng)用于動態(tài)信號測量領(lǐng)域，因此對傳感器的動態(tài)特性的分析能力要求較高。在設(shè)計測量設(shè)備時，傳感器在動態(tài)干擾情況下設(shè)計相應(yīng)的后續(xù)數(shù)據(jù)處理來消除設(shè)備的動態(tài)干擾影響尤為重要。單方向應(yīng)變測量系統(tǒng)一次獲取僅能獲得水平或垂直方向一個方向的數(shù)據(jù)，不僅測量不方便，而且還會影響動態(tài)測量的精度和范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的是提供一種能夠同時測量水平方向和垂直方向兩個方向的高頻動態(tài)應(yīng)變的傳感器，實現(xiàn)柔性應(yīng)變動態(tài)監(jiān)測，提高檢測效率和動態(tài)測量的精度、范圍，有效降低成本。 [0004]本實用新型采用的技術(shù)方案是:
[0005]本實用新型包括襯底、傳感器以及用于測試的輸入端和輸出端。所述襯底包括塑料基板PET和用于粘合傳感器和塑料基板的SU8材料層，所述傳感器由兩支共陽極垂直連接方式的柔性射頻單晶硅薄膜PIN型晶體管構(gòu)成，PIN型晶體管主體為一層柔性射頻單晶硅薄膜，該薄膜由P型摻雜區(qū)、未摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)構(gòu)成，未摻雜區(qū)位于P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)之間，形成PIN結(jié)。P型摻雜區(qū)是PIN型晶體管的正極，兩支PIN型晶體管的正極采用共陽極垂直連接方式通過互聯(lián)金屬和傳感器輸入端連接到一起，N型摻雜區(qū)是PIN型晶體管的負極，兩支PIN型晶體管負極分別通過互聯(lián)金屬和傳感器的輸出端相連，互聯(lián)金屬由鈦金層式金屬構(gòu)成。
[0006]本實用新型有益效果為用柔性射頻單晶硅薄膜PIN型晶體管作為動態(tài)應(yīng)變傳感器件，采用掃頻實時輸入的方法，根據(jù)兩只互相垂直放置的柔性射頻單晶硅薄膜PIN型晶體管在動態(tài)載荷彎曲條件下其散射參數(shù)即S參數(shù)的變化,進而根據(jù)S參數(shù)與動態(tài)應(yīng)變之間的關(guān)系，分別得到水平方向和垂直方向兩個方向的動態(tài)應(yīng)變的大小，提高了檢測效率，有效降低了成本，提高了動態(tài)測量的精度和范圍，是一種性能較好的柔性射頻應(yīng)變傳感器。由于柔性射頻單晶硅薄膜PIN型晶體管本身屬于高頻器件，工作頻率在兆赫茲(MHz)至二十吉赫茲(GHz )，因此足可以適用于千赫茲(KHz )的動態(tài)應(yīng)變測量?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0007]圖1為柔性射頻單晶硅薄膜雙向動態(tài)應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)的主視圖，附圖標記說明如下:
[0008]圖2為柔性射頻單晶硅薄膜雙向動態(tài)應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)的仰視圖。
[0009]圖3為柔性射頻單晶硅薄膜雙向動態(tài)應(yīng)變傳感器的等效電路圖。
[0010]圖4為柔性射頻單晶硅薄膜雙向動態(tài)應(yīng)變傳感器的動態(tài)應(yīng)變測量示意圖
[0011]1、PET塑料基板，2、SU8材料層，3和8單晶硅薄膜P型摻雜區(qū)，4和9單晶硅薄膜未摻雜區(qū)，5和10單晶娃薄膜N型摻雜區(qū),6、互聯(lián)金屬，7、傳感器的輸入端，11、12傳感器的輸出端，13、等效電感，14、等效電阻，15、等效電容，16、柔性射頻應(yīng)變傳感器，17、柔性基材，18、外部動態(tài)載荷，19、射頻電纜，20、網(wǎng)絡(luò)分析儀。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4和實施例對本發(fā)明做進一步詳述。
[0013]本實用新型包括襯底、傳感器以及用于測試的輸入端和輸出端。襯底用來支撐柔性射頻動態(tài)雙向應(yīng)變傳感器的主體部分，它包括PET塑料基板I和SU8粘合層2。柔性射頻單晶硅薄膜雙向應(yīng)變傳感器就制作在PET塑料基板I上，在PET塑料基板I上表面有一層SU8材料層2，作為PET塑料基板I與傳感器之間的粘合層。傳感器包括兩支采用共陽極垂直連接方式的柔性射頻單晶硅薄膜PIN型晶體管，PIN型晶體管由P型摻雜區(qū)3和8、未摻雜區(qū)4和9、N型摻雜區(qū)5和10三部分組成。兩支PIN型晶體管的P型摻雜區(qū)3和8是兩支PIN型晶體管的正極，它們采用共陽極垂直連接方式通過互聯(lián)金屬6和傳感器輸入端7連接到一起，N型摻雜區(qū)5和10是兩支PIN型晶體管的負極，它們分別通過互聯(lián)金屬6和傳感器的輸出端11和12相連,互聯(lián)金屬6由鈦金層式金屬構(gòu)成。傳感器有一個輸入端和兩個輸出端，網(wǎng)絡(luò)分析儀將一只正性探針加載在傳感器的輸入端7，將兩支負性探針分別加載在傳感器的輸出端11和12上，通過掃頻的方式對傳感器進行S參數(shù)的測量，進而得到的兩支薄膜PIN型晶體管對應(yīng)的S參數(shù)，根據(jù)S參數(shù)與彎曲應(yīng)變之間的關(guān)系，實現(xiàn)雙向動態(tài)應(yīng)變的測量。
[0014]PET塑料基板I也可以用其他類型普通塑料或柔性材料來代替。
[0015]圖3為柔性射頻單晶硅薄膜雙向動態(tài)應(yīng)變傳感器的等效電路圖。其電路可以用等效電感13、等效電阻14、等效電容15構(gòu)成的圖3所示電路來說明。
[0016]測量時，將柔性射頻單晶硅薄膜雙向動態(tài)應(yīng)變傳感器16固定在待測物體上，即圖中的測試用柔性基材17，通過外部動態(tài)載荷18對柔性基材17施加動態(tài)載荷。柔性射頻單晶硅薄膜雙向動態(tài)應(yīng)變傳感器的輸入端7和輸出端11、12分別通過射頻電纜19與網(wǎng)絡(luò)分析儀20連接。采用三個探針即一個輸入，兩個輸出，測量輸入信號從傳感器的輸入端7輸入，測量輸出信號分別從傳感器的兩個輸出端11和12輸出。三根探針分別通過三根射頻線纜19連接到網(wǎng)絡(luò)分析儀20。網(wǎng)絡(luò)分析儀20柔性射頻單晶硅薄膜雙向動態(tài)應(yīng)變傳感器提供直流偏置，使兩支PIN管均正向?qū)üぷ鳌Ｔ谛示W(wǎng)絡(luò)分析儀20后，從網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸出端產(chǎn)生從45兆赫茲到20吉赫茲的射頻信號進入傳感器的輸入端7，然后分別從傳感器的輸出端11和12輸出，再回流到網(wǎng)絡(luò)分析儀20的輸入端，這樣網(wǎng)絡(luò)分析儀可以對接收到的柔性射頻雙向應(yīng)變傳感器輸出的信號進行處理，并以散射參數(shù)即S參數(shù)的形式顯示。[0017]將柔性射頻動態(tài)應(yīng)變傳感器貼附于柔性基材17上，通過加載外部動態(tài)載荷18使柔性基材產(chǎn)生雙向動態(tài)應(yīng)變。網(wǎng)絡(luò)分析儀20向柔性射頻單晶硅薄膜雙向動態(tài)應(yīng)變傳感器輸入實時信號，柔性射頻雙向單晶硅薄膜雙向動態(tài)應(yīng)變傳感器的S參數(shù)隨載荷所產(chǎn)生的機械形變而同步發(fā)生變化。通過柔性射頻單晶硅薄膜雙向動態(tài)應(yīng)變傳感器S參數(shù)隨應(yīng)變的實時變化，建立應(yīng)變-S參數(shù)模型，進而得到應(yīng)變-時間關(guān)系，實現(xiàn)柔性射頻動態(tài)應(yīng)變的測量。
[0018]注:柔性射頻單晶硅薄膜PIN型晶體管簡稱PIN型晶體。
【權(quán)利要求】
1.一種柔性射頻單晶硅薄膜雙向動態(tài)應(yīng)變傳感器，包括襯底、傳感器以及用于測試的輸入端和輸出端，其中:襯底包括塑料基板、用于粘合傳感器和塑料基板的材料層，其特征在于所述傳感器由兩支共陽極垂直連接方式的柔性射頻單晶硅薄膜PIN型晶體管構(gòu)成，PIN型晶體管主體為一層柔性射頻單晶硅薄膜，該薄膜由P型摻雜區(qū)、未摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)構(gòu)成，未摻雜區(qū)位于P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)之間，形成PIN結(jié)，P型摻雜區(qū)是PIN型晶體管的正極，兩支PIN型晶體管的正極采用共陽極連接方式通過互聯(lián)金屬和傳感器輸入端連接到一起，N型摻雜區(qū)是PIN型晶體管的負極，兩支PIN型晶體管負極分別通過互聯(lián)金屬和傳感器的輸出端相連。
【文檔編號】G01B7/16GK203811124SQ201420111688
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】秦國軒, 蔡天昊, 蔣一葦, 龍圖景 申請人:徐州集光電子科技有限公司