[实用新型]一种MEMS压力传感器

说明书

本实用新型涉提供了一种MEMS压力传感器，该传感器包括：衬底硅片、固定连接于衬底硅片上的结构硅片，结构硅片对应于与衬底硅片相接触的表面上对称设有两个真空腔，真空腔之间通过微机械加工形成凸起结构，位于凸起结构一侧的硅片形成第一支撑结构，位于凸起结构另一侧的硅片形成第二支撑结构，凸起结构与第一支撑结构之间、凸起结构与第二支撑结构之间形成应变硅膜，多个应变电阻对称设置于应变硅膜与第一支撑结构、所在第二支撑结构、凸起结构的连接应力集中区域。上述传感器通过改进应变膜的结构来形成对称分布的拉应力和压应力集中区域，能够有效抑制非线性误差，进而提高传感器灵敏度。

技术领域

本实用新型涉及MEMS微传感器技术领域，具体地说涉及一种基于表面微机械加工工艺的MEMS压力传感器。

背景技术

目前压力传感器广泛应用于国防工业、汽车工业、石油工业、航空航天、医疗器械以及电子消费品等领域。在压力传感器的各应用领域中，温度、流量、压力、位置是最常见的测试参数。在各类传感器中，因压力传感器可广泛用于压力、高度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制，它已成为传感器技术最成熟、性能比稳定的一类传感器。据日本电气计测器工业协会对过程传感器(温度、流量、压力、位置、密度等)的生产和销售进行的统计，压力类传感器占整个过程传感器的三分之一强，而且其比例还在继续加大，以此为基础的压力类测量及变送仪表也在过程控制系统中占有很高的比例。

根据工作原理的不同，压力传感器可以分为机械膜片电容式、硅膜片电容式、压电式、压阻式、光纤式、声表面波式、霍尔效应式压力传感器等，其中在众多类型的压力传感器中压阻式压力传感器具有结构简单、易于集成和信号处理等优势。MEMS(Micro ElectroMechanical System)即微电子机械系统，是新兴的跨学科的高新技术研究领域。基于MEMS技术制造的压阻式压力传感器由于其出色的精准度和可靠度以及相对便宜的制造成本在现代的市场中得到广泛的应用。

MEMS压力传感器的工作原理是在一个方形或者圆形的硅应变薄膜上通过扩散或者离子注入的方式在应力集中区制作四个压力敏感电阻，四个电阻互联构成惠斯通电桥。当有外界压力施加在硅应变膜上，压敏电阻区域由于应变膜弯曲产生应力，通过压敏电阻的压阻特性，将应力转换为电阻值的变化，最后通过惠斯顿电桥将电阻值的变化转换为输出电压，通过对输出电压与压力值进行标定可以实现对压力的测量。

传统的压阻式压力传感器的核心构成需要有一个应变膜作为应力集中结构，压阻式压力传感器测量压力的量程及灵敏度在加工工艺条件相同的情况下与该应变膜的厚度和尺寸等有关，因此，在膜的尺寸一定的情况下，通过改变应变膜的尺寸和结构是优化压力传感器性能的重要方面。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提出一种MEMS压力传感器，通过改进应变膜的结构来形成对称分布的拉应力和压应力集中区域，能够有效抑制非线性误差，进而提高传感器灵敏度。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

一种MEMS压力传感器，该传感器包括：衬底硅片、固定连接于衬底硅片上的结构硅片，结构硅片对应于与衬底硅片相接触的表面上对称设有两个真空腔，真空腔之间通过微机械加工形成凸起结构，位于凸起结构一侧的硅片形成第一支撑结构，位于凸起结构另一侧的硅片形成第二支撑结构，凸起结构与第一支撑结构之间、凸起结构与第二支撑结构之间形成应变硅膜，多个应变电阻对称设置于应变硅膜与第一支撑结构、所在第二支撑结构、凸起结构的连接应力集中区域，结构硅片对应于设置应变电阻的表面上分别依次设置有氧化层及绝缘介质层，绝缘介质层上设有电极，电极分别穿过绝缘介质层、氧化层后与应变电阻电性连接。

进一步，结构硅片的厚度范围为300微米到1000微米，应变硅膜的厚度在30微米到100微米之间。

进一步，凸起结构的横截面形状为梯形或者矩形。

进一步，应变电阻沿着凸起结构的中心轴对称设置。