[发明专利]一种MEMS电容薄膜真空规

说明书

本发明提供了一种MEMS电容薄膜真空规，能够实现1～1000Pa范围真空度的测量，测量分辨率为0.5Pa。感压薄膜为具有岛状结构膜的圆形薄膜。圆形薄膜在径向应力以及应变非常均匀，在相同压力下，圆膜的挠度比方膜更大，从而使得感压薄膜的灵敏度更高。而岛状结构膜可以增大薄膜的刚度，进而降低感压薄膜的挠度，增大基础电容，有利于提高分辨率同时，使得压力‑电容关系的线性度更优。同时，具有岛状结构膜的圆形薄膜为双侧电极差动式敏感电容结构，使得感压薄膜因压力产生形变时，敏感电容输出变化量相等、方向相反的两个电容量，再通过后续差分测量电路构成双差分结构，从而提高共模抑制比，消除寄生电容以及温度等因素对测量结果的影响，提高测量的分辨率。

技术领域

本发明属于机械设计和真空规量技术领域，具体涉及一种MEMS电容薄膜真空规。

背景技术

电容薄膜真空规是一种真空测量仪器，利用弹性薄膜在压差作用下产生位移，引起电极和膜片之间距离的变化，导致电容量发生改变，通过测量电容的变化，测量压力和蒸汽的全压力，测量结果与气体成分和种类无关，可用作低真空的参考标准和量值传递过程中的传递标准。具有测量准确度高、线性好、输出的重复性和长期稳定性好、能够测量气体的压力。但是传统的机械式电容薄膜真空规体积大、质量大、功耗高以及工作温度范围窄，已经难以满足深空探测、风洞试验、临近空间探测和生物医学等领域对真空测量仪器小型化、低功耗的要求。

MEMS微机电系统技术是建立在微米/纳米技术基础上的21世纪前沿技术，是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术，可以将机械构件、光学系统、驱动部件以及电控系统集成为一个整体单元的微型系统。这种微电子机械系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令，还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。利用微电子技术和微加工技术(包括硅体微加工、硅表面加工、LIGA和晶片键合等技术)相结合的制造工艺，制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的真空规、执行器、驱动器和微系统，实现了传统的机械结构无法实现的功能。基于MEMS技术制作的电容薄膜真空规，突破了传统的真空测量仪器外形及质量限制，具有体积小、重量轻、功耗低、制作工艺与集成电路(IC)兼容，便于集成化批量生产等优点，能更好的满足特殊条件下的真空测量需求。目前的MEMS电容薄膜真空规其感压薄膜多为正方形或长方形薄膜，其固定电极只位于感压薄膜一侧，吸气剂集中放置，前端测量电路与真空规距离较远，没有集成在一起，真空度的测量范围有限，测量分辨率较低。

发明内容

本发明提供了一种MEMS电容薄膜真空规，能够实现1～1000Pa范围真空度的测量，测量分辨率为0.5Pa。

为实现上述目的，本发明的一种MEMS电容薄膜真空规，包括进气口、感压薄膜、固定电极、真空腔室、上基底、下基底和引出电极，所述固定电极包括上电极与下电极，上电极或下电极上设有与进气口相对的开口；真空腔室内被感压薄膜分为上下两个空间；上基底和下基底与感压薄膜相对的端面上分别放置上电极与下电极；所述感压薄膜为包括岛膜以及平膜，平膜为圆形薄膜，其中，岛膜为平膜上下两侧对称设置的凸起膜；上电极与下电极大小与感压薄膜大小一致。

其中，所述感压薄膜材料为基于浓硼掺杂单晶硅。

其中，所述感压薄膜采用各向异性腐蚀和自停止的工艺制作而成。

其中，所述感压薄膜与进气口不相对的一侧镀有吸气剂薄膜。

其中，所述吸气剂薄膜通过磁控溅射镀TiZrV薄膜获得。

其中，还包括金属法兰及壳体和温度控制层；真空腔室置于壳体内，壳体安装在金属法兰上；温度控制层固定在壳体内壁，用于控制真空规工作的温度范围。

其中，真空规安装好之后在设定温度下烘烤，将吸气剂薄膜激活。

有益效果：