本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，特別是涉及一種基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)、應(yīng)變傳感器及制備方法。

背景技術(shù)：

應(yīng)變傳感器又稱應(yīng)變計(strain gauge)是一種常用的傳感器，它利用了彈性材料(金屬，合金，半導(dǎo)體或者金屬陶瓷)的壓阻特性來檢測被測結(jié)構(gòu)的正應(yīng)變與剪切應(yīng)變，它廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中，涵蓋的領(lǐng)域有土木工程，機械，航天，醫(yī)療以及可穿戴系統(tǒng)。

諧振式應(yīng)變傳感器通過測量應(yīng)變引起諧振結(jié)構(gòu)的共振頻率改變來測量應(yīng)變值，具有穩(wěn)定性高，溫漂小，準數(shù)字化輸出，抗干擾能力強等特點，是一類高性能的應(yīng)變傳感器。

硅基諧振式應(yīng)變傳感器的一個問題是量程較窄，與應(yīng)用需求難以匹配。硅基諧振式應(yīng)變傳感器的工作諧振頻率隨應(yīng)變迅速變化，特別是當(dāng)應(yīng)變?yōu)閴簯?yīng)變時共振頻率可變化到0，過大的諧振頻率改變會引起嚴重非線性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)、應(yīng)變傳感器及制備方法，利用量程拓展結(jié)構(gòu)來降低諧振敏感結(jié)構(gòu)上的應(yīng)變量，實現(xiàn)諧振式應(yīng)變傳感器量程的拓展。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)，所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)包括：雙端固支音叉及量程拓展梁；

所述量程拓展梁位于所述雙端固支音叉的兩端，且與所述雙端固支音叉的兩端相連接。

作為本發(fā)明的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述量程拓展梁的數(shù)量為兩根，所述量程拓展梁平行排布，且分別位于所述雙端固支音叉的兩端。

作為本發(fā)明的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述雙端固支音叉的兩端與所述量程拓展梁的中部垂直連接。

作為本發(fā)明的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述雙端固支音叉包括：敏感梁及連接塊；

所述敏感梁的數(shù)量為兩根，所述敏感梁平行排布且相隔一定間距；

所述連接塊的數(shù)量為兩塊，所述連接塊分別位于所述敏感梁的兩端，且位于所述敏感梁與所述量程拓展梁之間，并與所述敏感梁及所述量程拓展梁相連接。

作為本發(fā)明的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)還包括錨點、絕緣層及襯底；

所述錨點固定于所述量程拓展梁的兩端；

所述絕緣層位于所述錨點的下表面，所述錨點通過所述絕緣層固連于所述襯底的上表面；

所述襯底的上表面與所述雙端固支音叉的下表面及所述量程拓展梁的下表面相隔一定的間距。

作為本發(fā)明的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述雙端固支音叉、所述量程拓展梁及所述錨點為一體化結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明還提供一種基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器，所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器包括：雙端固支音叉、量程拓展梁、敏感電極及驅(qū)動電極；

所述量程拓展梁位于所述雙端固支音叉的兩端，且與所述雙端固支音叉的兩端相連接；

所述敏感電極位于所述量程拓展梁之間，且位于所述雙端固支音叉的兩側(cè)，適于與所述雙端固支音叉及所述量程拓展梁共同構(gòu)成敏感電容；

所述驅(qū)動電極位于所述量程拓展梁之間，且位于所述雙端固支音叉的兩側(cè)，適于驅(qū)動所述雙端固支音叉及所述量程拓展梁。

作為本發(fā)明的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器的一種優(yōu)選方案，所述量程拓展梁的數(shù)量為兩根，所述量程拓展梁平行排布，且分別位于所述雙端固支音叉的兩端。

作為本發(fā)明的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器的一種優(yōu)選方案，所述雙端固支音叉的兩端與所述量程拓展梁的中部垂直連接。

作為本發(fā)明的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器的一種優(yōu)選方案，所述雙端固支音叉包括：敏感梁及連接塊；

所述敏感梁的數(shù)量為兩根，所述敏感梁平行排布且相隔一定間距；

所述連接塊的數(shù)量為兩塊，所述連接塊分別位于所述敏感梁的兩端，且位于所述敏感梁與所述量程拓展梁之間，并與所述敏感梁及所述量程拓展梁相連接。

作為本發(fā)明的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器的一種優(yōu)選方案，所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器還包括錨點、金屬壓焊塊、絕緣層及襯底；

所述錨點固定于所述量程拓展梁的兩端；

所述金屬壓焊塊位于所述錨點、所述敏感電極及所述驅(qū)動電極的上表面；

所述絕緣層位于所述錨點、所述敏感電極及所述驅(qū)動電極的下表面，所述錨點、所述敏感電極及所述驅(qū)動電極通過所述絕緣層固連于所述襯底的上表面；

所述襯底的上表面與所述雙端固支音叉的下表面及所述量程拓展梁的下表面相隔一定的 間距。

作為本發(fā)明的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器的一種優(yōu)選方案，所述雙端固支音叉、所述量程拓展梁、所述敏感電極、所述驅(qū)動電極及所述錨點為一體化結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明還提供一種基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器的制備方法，所述制備方法包括：

1)提供SOI硅片，所述SOI硅片由下至上依次包括硅襯底、埋氧層及頂層硅；

2)在所述頂層硅表面對應(yīng)于后續(xù)要形成錨點、敏感電極及驅(qū)動電極的位置形成金屬壓焊塊；

3)刻蝕所述頂層硅，形成雙端固支音叉、量程拓展梁、錨點、敏感電極及驅(qū)動電極；

4)去除所述錨點、所述敏感電極及所述驅(qū)動電極對應(yīng)區(qū)域之外的所述埋氧層。

如上所述，本發(fā)明的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)、應(yīng)變傳感器及制備方法，具有以下有益效果：本發(fā)明中，量程拓展梁可以降低雙端固支音叉的應(yīng)變量，從而實現(xiàn)諧振式應(yīng)變傳感器量程的拓展；通過設(shè)計量程拓展梁與雙端固支音叉的尺寸，可以設(shè)定雙端固支音叉上的應(yīng)變與實際應(yīng)變的比例；整個結(jié)構(gòu)為一體化結(jié)構(gòu)，制作工藝簡單，便于實現(xiàn)工業(yè)化。

附圖說明

圖1顯示為本發(fā)明實施例一中提供的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2顯示為本發(fā)明實施例一中提供的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3顯示為本發(fā)明實施例一中提供的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)中固支音叉的工作振型。

圖4顯示為本發(fā)明實施例一中提供的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)的工作振型。

圖5顯示為本發(fā)明實施例二中提供的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6顯示為本發(fā)明實施例三中提供的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器的制備方法的流程示意圖。

圖7至圖10為本發(fā)明實施例三中提供的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器的制備方法在各步驟中的結(jié)構(gòu)示意圖。

元件標(biāo)號說明

11 雙端固支音叉

111 敏感梁

112 連接塊

12 量程拓展梁

13 錨點

14 絕緣層

15 襯底

16 敏感電極

17 驅(qū)動電極

18 金屬壓焊塊

21 SOI硅片

211 硅襯底

212 埋氧層

213 頂層硅

S1～S4 步驟

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱圖1至圖10需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，雖圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

實施例一

請參閱圖1至圖2，本發(fā)明提供一種基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)，所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)包括：雙端固支音叉11及量程拓展梁12；所述量程拓展梁12位于所述雙端固支音叉11的兩端，且與所述雙端固支音叉11的兩端相連接。

作為示例，所述量程拓展梁12的數(shù)量為兩根，所述量程拓展梁12平行排布，且分別位于所述雙端固支音叉11的兩端。

作為示例，所述雙端固支音叉11的兩端與所述量程拓展梁12的中部垂直連接。

作為示例，所述雙端固支音叉11包括：敏感梁111及連接塊112；所述敏感梁111的數(shù)量為兩根，所述敏感梁111平行排布且相隔一定間距；所述連接塊112的數(shù)量為兩塊，所述連接塊112分別位于所述敏感梁111的兩端，且位于所述敏感梁111與所述量程拓展梁12之間，并與所述敏感梁111及所述量程拓展梁12相連接，即所述敏感梁111通過所述連接塊112與所述量程拓展梁12的中部垂直連接。

作為示例，所述敏感梁111的材料可以為但不僅限于單晶硅；所述敏感梁111的橫截面形狀可以為矩形或正方形，優(yōu)選地，本實施例中，所述敏感梁111的橫截面形狀為矩形，且所述敏感梁111的厚度大于其寬度。

作為示例，所述連接塊112的材料可以為但不僅限于單晶硅；所述質(zhì)量塊112的橫截面形狀可以為矩形或正方形，所述質(zhì)量塊112的寬度優(yōu)選為所述量程拓展梁12的寬度的一半。所述連接塊112的作用是在所述諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)的應(yīng)變較大時，降低所述量程拓展梁12中心處的變形。

作為示例，所述量程拓展梁12與所述連接塊112及所述敏感梁111共同組成量程拓展結(jié)構(gòu)，所述量程拓展梁12與所述連接塊112及所述敏感梁111的厚度相等。

作為示例，所述量程拓展梁12應(yīng)滿足如下條件：

1)所述量程拓展梁12的倔強系數(shù)與所述量程拓展梁12與所述連接塊112及所述敏感梁111共同組成量程拓展結(jié)構(gòu)的總倔強系數(shù)之比為：

式中，k_a為所述量程拓展梁12的倔強系數(shù)，k_t為所述量程拓展梁12與所述連接塊112及所述敏感梁111共同組成量程拓展結(jié)構(gòu)的總倔強系數(shù)，ε_tm為所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)的設(shè)計最大應(yīng)變，ε_sm為所述敏感梁111的設(shè)計最大應(yīng)變；k_a和k_t可通過有限元分析得到。

2)所述量程拓展梁12的長度應(yīng)滿足如下公式，以確保所述量程拓展梁12的最大應(yīng)力小于斷裂應(yīng)力：

式中L_a為所述量程拓展梁12的長度，h為所述量程拓展梁12與所述連接塊112及所述敏感梁111共同組成量程拓展結(jié)構(gòu)的厚度，E為所述量程拓展梁12與所述連接塊112及所述敏感梁111共同組成量程拓展結(jié)構(gòu)的楊氏模量，L_s為所述敏感梁111的長度，T_y為單晶硅最大安全應(yīng)力；T_y為實驗值，設(shè)計時可取T_y＝500Mpa。

3)所述量程拓展梁12的橫截面形狀為矩形或正方形，所述量程拓展梁12的材料可以為但不僅限于單晶硅。

作為示例，所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)還包括錨點13、絕緣層14及襯底15；所述錨點13固定于所述量程拓展梁12的兩端；所述絕緣層14位于所述錨點13的下表面，所述錨點13通過所述絕緣層14固連于所述襯底15的上表面；所述錨點13的厚度與所述量程拓展梁12、所述敏感梁111及所述連接塊112的厚度相同，以使得所述襯底15的上表面與所述雙端固支音叉11的下表面及所述量程拓展梁12的下表面相隔一定的間距。

作為示例，所述錨點13的材料可以為但不僅限于單晶硅。所述錨點13的長度和寬度遠大于所述敏感梁111、所述連接塊112及所述量程拓展梁12的寬度。

作為示例，所述雙端固支音叉11、所述量程拓展梁12及所述錨點13為一體化結(jié)構(gòu)；即構(gòu)成所述雙端固支音叉11的所述敏感梁111及所述連接塊112與所述量程拓展梁12及所述錨點13通過常規(guī)的微機械加工技術(shù)加工同一單晶硅層而得到。

需要說明的是，為了展示所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)中各部分的功能以及更好的區(qū)分各部分，圖2中將所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)按各部分名稱劃分為不同功能塊的組合，而在實際的所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)中，所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)由同一均質(zhì)的單晶硅材料層同時制作而成，各部分之間并沒有界限。

作為示例，所述敏感梁111及所述連接塊112組成的所述雙端固支音叉11用于應(yīng)力敏感，所述雙端固支音叉11的工作振型如圖3所示，由圖3可知，所述敏感梁111及所述連接塊112均以雙端固支梁的一階振型以相同頻率振動，同時，兩根所述敏感梁111的相位相差180°；該振型的共振頻率應(yīng)在50kHz～5MHz的范圍之內(nèi)。

作為示例，所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)的工作振型如圖4所示，由圖4可知，當(dāng)整個結(jié)構(gòu)的應(yīng)變?yōu)棣?sub>t時，所述量程拓展梁12發(fā)生彎曲形變，所述敏感梁111發(fā)生拉伸形變，所述敏感梁111拉伸形變的應(yīng)變?yōu)棣?sub>s。由于所述量程拓展梁12發(fā)生彎曲形變，所述敏感梁111的應(yīng)變ε_s小于整個結(jié)構(gòu)的應(yīng)變?yōu)棣?sub>t，使得所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)的量程得以拓展。需要說明的是，可以通過設(shè)定所述敏感梁111、所述連接塊112及所述量程拓展梁12的尺寸調(diào)節(jié)所述敏感梁111的應(yīng)變ε_s與整個結(jié)構(gòu)的應(yīng)變的比例ε_t。

實施例二

請參閱圖5，本發(fā)明還提供一種基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器，所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器包括：雙端固支音叉11、量程拓展梁12、敏感電極16及驅(qū)動電極17；所述量程拓展梁12位于所述雙端固支音叉11的兩端，且與所述雙端固支音叉11的兩端相連接；所述敏感電極16位于所述量程拓展梁12之間，且位于所述雙端固支音叉11的兩側(cè)，適 于與所述雙端固支音叉11及所述量程拓展梁12共同構(gòu)成敏感電容，通過測量所述敏感電容的變化可以量測所述雙端固支音叉11及所述量程拓展梁12的振動；所述驅(qū)動電極17位于所述量程拓展梁12之間，且位于所述雙端固支音叉11的兩側(cè)，適于驅(qū)動所述雙端固支音叉11及所述量程拓展梁12。

作為示例，所述量程拓展梁12的數(shù)量為兩根，所述量程拓展梁12平行排布，且分別位于所述雙端固支音叉11的兩端。

作為示例，所述雙端固支音叉11的兩端與所述量程拓展梁12的中部垂直連接。

作為示例，所述雙端固支音叉11包括：敏感梁111及連接塊112；所述敏感梁111的數(shù)量為兩根，所述敏感梁111平行排布且相隔一定間距；所述連接塊112的數(shù)量為兩塊，所述連接塊112分別位于所述敏感梁111的兩端，且位于所述敏感梁111與所述量程拓展梁12之間，并與所述敏感梁111及所述量程拓展梁12相連接。

作為示例，所述敏感梁111的材料可以為但不僅限于單晶硅；所述敏感梁111的橫截面形狀可以為矩形或正方形，優(yōu)選地，本實施例中，所述敏感梁111的橫截面形狀為矩形，且所述敏感梁111的厚度大于其寬度。

作為示例，所述連接塊112的材料可以為但不僅限于單晶硅；所述質(zhì)量塊112的橫截面形狀可以為矩形或正方形，所述質(zhì)量塊112的寬度優(yōu)選為所述量程拓展梁12的寬度的一半。所述連接塊112的作用是在所述諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)的應(yīng)變較大時，降低所述量程拓展梁12中心處的變形。

作為示例，所述量程拓展梁12與所述連接塊112及所述敏感梁111共同組成量程拓展結(jié)構(gòu)，所述量程拓展梁12與所述連接塊112及所述敏感梁111的厚度相等。

作為示例，所述量程拓展梁12應(yīng)滿足如下條件：

1)所述量程拓展梁12的倔強系數(shù)與所述量程拓展梁12與所述連接塊112及所述敏感梁111共同組成量程拓展結(jié)構(gòu)的總倔強系數(shù)之比為：

式中，k_a為所述量程拓展梁12的倔強系數(shù)，k_t為所述量程拓展梁12與所述連接塊112及所述敏感梁111共同組成量程拓展結(jié)構(gòu)的總倔強系數(shù)，ε_tm為所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)的設(shè)計最大應(yīng)變，ε_sm為所述敏感梁111的設(shè)計最大應(yīng)變；k_a和k_t可通過有限元分析得到。

2)所述量程拓展梁12的長度應(yīng)滿足如下公式，以確保所述量程拓展梁12的最大應(yīng)力小于斷裂應(yīng)力：

式中L_a為所述量程拓展梁12的長度，h為所述量程拓展梁12與所述連接塊112及所述敏感梁111共同組成量程拓展結(jié)構(gòu)的厚度，E為所述量程拓展梁12與所述連接塊112及所述敏感梁111共同組成量程拓展結(jié)構(gòu)的楊氏模量，L_s為所述敏感梁111的長度，T_y為單晶硅最大安全應(yīng)力；T_y為實驗值，設(shè)計時可取T_y＝500Mpa。

3)所述量程拓展梁12的橫截面形狀為矩形或正方形，所述量程拓展梁12的材料可以為但不僅限于單晶硅。

作為示例，所述敏感電極16的數(shù)量及位置可以根據(jù)實際需要設(shè)定，圖5中以所述敏感電極16的數(shù)量為兩個作為示例，兩個所述敏感電極16對應(yīng)地設(shè)置于所述雙端固支音叉11的兩側(cè)，且對應(yīng)于所述雙端固支音叉11的中部，但實際結(jié)構(gòu)中并不以此為限。

作為示例，所述敏感電極16的材料可以為但不僅限于單晶硅材料。所述敏感電極16的長度和寬度遠大于所述敏感梁111、所述連接塊112及所述量程拓展梁12的寬度。

作為示例，所述驅(qū)動電極17的數(shù)量及位置可以根據(jù)實際需要設(shè)定，圖5中以所述驅(qū)動電極17的數(shù)量為四個作為示例，四個所述驅(qū)動電極17分別兩兩對應(yīng)地設(shè)置于所述雙端固支音叉11的兩側(cè)，且位于所述雙端固支音叉11同一側(cè)的兩個所述驅(qū)動電極17對應(yīng)地設(shè)置于所述敏感電極16沿所述敏感111長度方向的兩側(cè)，但實際結(jié)構(gòu)中并不以此為限。

作為示例，所述驅(qū)動電極17的材料可以為但不僅限于單晶硅材料。所述驅(qū)動電極17的長度和寬度遠大于所述敏感梁111、所述連接塊112及所述量程拓展梁12的寬度。

作為示例，所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器還包括錨點13、金屬壓焊塊18、絕緣層14及襯底15；所述錨點13固定于所述量程拓展梁12的兩端；所述金屬壓焊塊18位于所述錨點13、所述敏感電極16及所述驅(qū)動電極17的上表面；所述絕緣層14位于所述錨點13、所述敏感電極16及所述驅(qū)動電極17的下表面，所述錨點13、所述敏感電極16及所述驅(qū)動電極17通過所述絕緣層14固連于所述襯底15的上表面；所述錨點13、所述敏感電極16及所述驅(qū)動電極17的厚度與所述量程拓展梁12、所述敏感梁111及所述連接塊112的厚度相同，以使得所述襯底15的上表面與所述雙端固支音叉11的下表面及所述量程拓展梁12的下表面相隔一定的間距。所述錨點13、所述敏感電極16及所述驅(qū)動電極17通過所述金屬壓焊塊18實現(xiàn)電學(xué)引出。

作為示例，所述錨點13的材料可以為但不僅限于單晶硅。所述錨點13的長度和寬度遠大于所述敏感梁111、所述連接塊112及所述量程拓展梁12的寬度。

作為示例，所述金屬壓焊塊18的材料可以為但不僅限于鋁。

作為示例，所述雙端固支音叉11、所述量程拓展梁12、所述敏感電極16、所述驅(qū)動電極17及所述錨點13為一體化結(jié)構(gòu)；即構(gòu)成所述雙端固支音叉11的所述敏感梁111及所述連接塊112與所述量程拓展梁12、所述敏感電極16、所述驅(qū)動電極17及所述錨點13通過常規(guī)的微機械加工技術(shù)加工同一單晶硅層而得到。

本實施例中，所述雙端固支音叉11的工作振型與實施例一中的相同，具體可參閱實施例一中的圖3及相關(guān)描述，此處不再累述。所述雙端固支音叉11、所述量程拓展梁12、所述敏感電極16、所述驅(qū)動電極17及所述錨點13構(gòu)成的結(jié)構(gòu)的工作振型與實施例一中的相同，具體可參閱實施例一中的圖4及相關(guān)描述，此處不再累述。

實施例三

請參閱圖6，本發(fā)明還提供一種基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器的制備方法，所述制備方法包括：

1)提供SOI硅片，所述SOI硅片由下至上依次包括硅襯底、埋氧層及頂層硅；

2)在所述頂層硅表面對應(yīng)于后續(xù)要形成錨點、敏感電極及驅(qū)動電極的位置形成金屬壓焊塊；

3)刻蝕所述頂層硅，形成雙端固支音叉、量程拓展梁、錨點、敏感電極及驅(qū)動電極；

4)去除所述錨點、所述敏感電極及所述驅(qū)動電極對應(yīng)區(qū)域之外的所述埋氧層。

在步驟1)中，請參閱圖6中的S1步驟及圖7，提供SOI硅片21，所述SOI硅片21由下至上依次包括硅襯底211、埋氧層212及頂層硅213。

作為示例，所述SOI硅片21沒有特殊要求，可以為現(xiàn)有半導(dǎo)體領(lǐng)域所述使用的常規(guī)SOI硅片。

在步驟2)中，請參閱圖6中的S2步驟及圖8，在所述頂層硅213表面對應(yīng)于后續(xù)要形成錨點、敏感電極及驅(qū)動電極的位置形成金屬壓焊塊18。

作為示例，在所述頂層硅213表面對應(yīng)于后續(xù)要形成錨點、敏感電極及驅(qū)動電極的位置形成金屬壓焊塊18的具體方法為：首先，采用濺射工藝在所述頂層硅213表面濺射金屬膜(未示出)，所述金屬膜可以為但不僅限于鋁膜；其次，在所述金屬膜表面涂覆光刻膠層(未示出)，通過曝光、顯影工藝圖形化所述光刻膠層，在所述光刻膠層內(nèi)定義出所述金屬壓焊塊18的圖形；然后，依據(jù)圖形化的所述光刻膠層刻蝕所述金屬膜，形成所述金屬壓焊塊18；最后，去除所述光刻膠層。

在步驟3)中，請參閱圖6中的S3步驟及圖9，刻蝕所述頂層硅213，形成雙端固支音叉11、量程拓展梁12、錨點13、敏感電極16及驅(qū)動電極17。

作為示例，刻蝕所述頂層硅213，形成雙端固支音叉11、量程拓展梁12、錨點13、敏感 電極16及驅(qū)動電極17的具體方法為：首先，在所述頂層硅213及所述金屬壓焊塊18表面涂覆光刻膠層(未示出)，通過曝光、顯影工藝圖形化所述光刻膠層，在所述光刻膠層內(nèi)定義出所述雙端固支音叉11、所述量程拓展梁12、所述錨點13、所述敏感電極16及所述驅(qū)動電極17的圖形；然后，依據(jù)圖形化的所述光刻膠層采用反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕所述頂層硅213，形成所述雙端固支音叉11、所述量程拓展梁12、所述錨點13、所述敏感電極16及所述驅(qū)動電極17；最后，去除所述光刻膠層。

作為示例，所述雙端固支音叉11、所述量程拓展梁12、所述錨點13、所述敏感電極16及所述驅(qū)動電極17的具體結(jié)構(gòu)特征及位置關(guān)系與實施例二中所述的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器中的所述雙端固支音叉11、所述量程拓展梁12、所述錨點13、所述敏感電極16及所述驅(qū)動電極17的具體結(jié)構(gòu)特征及位置關(guān)系相同，具體請參閱實施例二，此處不再累述。

在步驟4)中，請參閱圖6中的S4步驟及圖10，去除所述錨點13、所述敏感電極16及所述驅(qū)動電極17對應(yīng)區(qū)域之外的所述埋氧層212。

作為示例，可以采用干法刻蝕工藝或濕法刻蝕工藝去除所述錨點13、所述敏感電極16及所述驅(qū)動電極17對應(yīng)區(qū)域之外的所述埋氧層212，以在所述錨點13、所述敏感電極16及所述驅(qū)動電極17下方形成絕緣層14。

步驟4)完成之后，即可得到如實施例二中所述的基于量程拓展的諧振式應(yīng)變傳感器。

綜上所述，本發(fā)明提供一種基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)、應(yīng)變傳感器及制備方法，所述基于量程拓展的諧振式應(yīng)變結(jié)構(gòu)包括：雙端固支音叉及量程拓展梁；所述量程拓展梁位于所述雙端固支音叉的兩端，且與所述雙端固支音叉的兩端相連接。本發(fā)明中，量程拓展梁可以降低雙端固支音叉的應(yīng)變量，從而實現(xiàn)諧振式應(yīng)變傳感器量程的拓展；通過設(shè)計量程拓展梁與雙端固支音叉的尺寸，可以設(shè)定雙端固支音叉上的應(yīng)變與實際應(yīng)變的比例；整個結(jié)構(gòu)為一體化結(jié)構(gòu)，制作工藝簡單，便于實現(xiàn)工業(yè)化。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。