[发明专利]具有机电谐振器的测量系统、制造该系统的方法和读取至少两个机电谐振器的方法

说明书

本发明涉及一种具有机电谐振器的测量系统、制造这种系统的方法和读取至少两个机电谐振器的方法。

本发明更具体地应用于气体传感器和质谱仪的领域，以及测辐射热仪的领域。

在本发明的上下文中，微机电系统（MEMS）被限定为一种使用电力作为能源并且包括机械结构的系统，该机械结构的形式至少部分地保证传感器和/或致动器的功能，该机械结构具有测微的尺寸，也就是说小于1毫米。

纳米机电系统（NEMS）类似于MEMS，除了其机械结构具有纳米的尺寸、也就是说小于1微米之外。

机电测量系统通常包括机电谐振器，也就是说具有将机械运动与电子功能相关联的功能的设备。这些设备用于接收（机械的或电子的）激励信号并且作为响应而提供（通常是电子的）输出信号，该输出信号也取决于机电谐振器所经受的物理量。这些设备具有通常包括针对特定谐振频率的谐振峰的传递函数，该谐振频率与该物理量同时变化。在下文中，将讨论空载(àvide)谐振频率从而在缺乏待测量的物理量的情况下表示由机电谐振器给出的谐振频率。

通常使用的机电谐振器是MEMS谐振器或NEMS谐振器。

根据应用，几百或甚至几千个NEMS谐振器的网络可能是必需的。

公开号FR2942681A1的专利申请提出借助适当的互连技术的每个NEMS谐振器的单独寻址。该方法的优势在于能够实现对每个NEMS谐振器的个性化读取，以及针对每个结构的个性化电子处理，并且因此允许例如补偿制造不确定性，确保对影响测量的噪声源的更好的去相关。

然而，NEMS谐振器具有至少两个与其读取电子元件的互连点。为此，作为例子而考虑要被单独查询的一千个NEMS谐振器，存在一个重要的技术问题，因为必需实现至少两千个互连。对于一些应用而言，例如对于基于NEMS谐振器的测辐射热仪的应用，或者对于如于2009年6月21日在线发表的Nature Nanotechnology期刊中由Naik等人所著的文章“Towards single-molecule nanomechanical mass spectrometry”（DOI:10.1038/NNANO.2009.152）中所介绍的质谱仪检测的应用，绝对必要的是设置多于100,000个NEMS谐振器的高密度矩阵以改进系统的性能。互连的问题因而对于这些系统而言同样重要。

除了互连的技术实现问题之外，还存在针对每个NEMS谐振器实现单独读取电子元件的问题。实际上，如果考虑集成的步骤，其中电子层被定位于NMES谐振器层之下并且其中每个NEMS谐振器占据一个5μm×5μm的表面区域（具有其互连接点的NEMS谐振器的特征尺寸），读取电子元件应该占据小于25μm²的表面区域。利用当前的CMOS技术，设计一种能够确保动态监视NEMS谐振器的频率改变同时满足这个表面区域限制的电子元件几乎是不可能的。

因此，期望提供一种允许至少部分地免于上述问题和约束的机电测量系统。

本发明的目的因而是一种具有机电谐振器的测量系统，其包括：

－至少两个机电谐振器，每个都具有根据待测量的物理量而在空载谐振频率附近变化的谐振频率，每个谐振器都具有：

－用于接收激励信号的输入端，

－用于响应于所述激励信号而提供输入信号的输出端，该输出信号在所述谐振器的谐振频率处具有谐振，

并且谐振器包括限定其空载谐振频率的机械结构，所述谐振器的机械结构彼此不同以使得空载谐振频率彼此不同，

－至少一个读取设备，该读取设备连接到所述谐振器的输入端并且被设计成在所述输入端上提供激励信号，

该系统还包括存储器，在该存储器中针对每个谐振器而存储有与所述谐振器的空载谐振频率相关的空载谐振信息，

并且每个读取设备用于通过基于针对每个所选谐振器所存储的空载谐振信息配置所述读取设备的至少一个元件来确定被选择用来读取的一个或多个谐振器的谐振频率。

由于本发明并且借助于对各种不同的空载谐振频率的合理选择，有可能并行地互连所述机电谐振器的输出端，也就是说将这些输出端连接在一起，同时总是能够区分出专用于每个机电谐振器的输出信号。因此，本发明使之能够获得具有缩减数目的连接的测量系统。

可选地，所述系统还包括用于将所述输出信号求和作为总输出信号的求和装置。

可选地，每个读取设备被设计用于基于所述总输出信号来确定单个所选谐振器的谐振频率。

可选地，每个读取设备被设计用于基于所述总输出信号而相继地确定多个所选谐振器的谐振频率。