[发明专利]微型真空计及其工作方法

说明书

本发明公开了一种微型真空计及其工作方法，该微型真空计包括底座、框架、绝缘基底、二极管、电阻、悬臂梁和电学连线，框架固定在底座四周，悬臂梁至少为两个，悬臂梁的一端与绝缘基底固定连接，悬臂梁的另一端固定于框架的上侧面上，至少两个悬臂梁将绝缘基底悬空固定于框架上；二极管和电阻设于绝缘基底上，电学连线将电阻和二极管电性连接并从悬臂梁上引出。本发明通过配置二极管数量、二极管的串并联方式、串联电阻大小、绝缘基底与底座之间的间隙实现对不同真空度的精确检测，具有配置灵活、灵敏度高、量程大的优点。此外，该真空计还具有结构及制作方法简单、与CMOS工艺兼容、加工误差容限大、成本低等优点。

技术领域

本发明涉及一种微型真空计及其工作方法。

背景技术

真空计是用于测量低于一个大气压的气体的仪器。一般是利用不同气压下气体的某种物理效应的变化进行气压的测量,在科研和工业生产中广泛应用。历经三百多年的发展，如今的真空计种类繁多，液态式真空计、电容薄膜式真空计、谐振式真空计、热传导式真空计、电离式真空计等。同时，测量范围以及测量精度得到极大的提高。

微机电系统是在微电子技术基础上发展起来的,融合了光刻、腐蚀、薄膜、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。微机电系统是一项革命性的新技术，广泛应用于高新技术产业，它侧重于超精密机械加工，涉及微电子、材料、力学、化学、机械学等诸多学科领域。

使用微细加工工艺制作的微型加速度计、微型陀螺仪等仪器近年来得到广泛的应用。微系统真空封装中真空度的保持很大程度上决定了器件的最终性能、工作的可靠性及其寿命，而对封装体内真空度的监测是真空封装中一个重要研究领域。

皮拉尼真空计也被称为电阻式真空规，属于热传导式真空计的一种。其工作原理是：真空度不同，单位体积内的空气分子数就不同，则电阻丝的散热能力随之不同，表现为电阻丝的温度不同，因为电阻丝的电阻率是温度的函数，则不同的真空度会导致电阻丝的电阻率不同，进而导致电阻不同，在电阻丝上的压降就会不同。皮拉尼计是一种精度较高、制造工艺和测试都较为简单的真空度检测器件。通过体硅加工工艺制作的微型皮拉尼计具有体积小、测量精度高、易于批量生产、成本低等优点，被广泛应用于MEMS真空封装的实时真空测量。

北京大学于2008年3月11日提出公开号CN101256105A、名称为“单晶硅横向微型MEMS皮拉尼计及其制备方法”的专利申请，公开了一种应用于真空度测量的微型皮拉尼计；华中科技大学于2009年6月9日提出公开号CN101608962A、名称为“一种微型皮拉尼计”的皮拉尼计制作方法的专利申请，具有线性度好、性能稳定、化学稳定性好以及可靠性高的优点。北京大学于2014年3月19日提出了公开号为CN104931193A、名称为“一种带有参考真空室的MEMS皮拉尼计”的皮拉尼计制作方法的专利申请，可以有效消除环境温度造成的皮拉尼计的读数误差。华中科技大学于2014年9月12日提出了公开号为CN104340955A、名称为“微型皮拉尼计的制备方法及其与体硅器件集成加工的方法”的皮拉尼计的制备及集成方法的专利申请，可以降低集成封装工艺难度以及生产成本。

目前常用的MEMS器件真空度检测方法主要有：惰性气体He值检测法、谐振器Q值检测法和薄膜变形法以及皮拉尼计。这些方法或多或少都存在一定问题，其中，He值检测法需要非常精密的检测仪器，导致成本较高，同时精度低，而且不能对真空度进行实时监测；Q值检测法主要检测真空封装的MEMS器件的Q值，再通过公式反推，外围电路复杂，受到外界干扰的影响较大；薄膜变形法的薄膜存在使得应用范围受到限制；皮拉尼计为热传导式真空计的一种，利用热敏电阻特性实现真空度检测，在保持检测精度的同时有效降低了生产成本。但是皮拉尼计在实际应用时通常要做与之匹配的外围电路；在实际加工过程中的电阻存在较大的加工误差，并且难以加工阻值较大的电阻。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种微型真空计及其工作方法，利用二极管的电流-电压特性曲线的温度特性，实现二极管输出电信号的变化，从而实现真空度的检测。