[发明专利]一种高灵敏度MEMS流量传感器芯片

说明书

本发明公开了一种高灵敏度MEMS流量传感器芯片，包括设置于微加热器底部的底层介质薄膜、设置于底层介质薄膜下方的硅衬底，以及设置于底层介质薄膜上方、微加热器两侧的热电堆，所述热电堆包括上下堆叠串联的多对热电偶，每对热电偶包括上下放置的P型硅和N型硅，以及用于连接P型硅和N型硅的金属热结，所述金属热结位于P型硅和N型硅上靠近微加热器的一端；每对热电偶的P型硅和N型硅之间，以及相邻的热电偶之间均设置用于电隔离的中间介质薄膜。本发明所公开的流量传感器芯片在不增加芯片面积的情况下，增加热电偶的数目，提高热电堆的灵敏度，进而实现MEMS流量传感器芯片的信噪比和检测精度输出。

技术领域

本发明涉及一种流量传感器芯片，特别涉及一种高灵敏度MEMS流量传感器芯片。

背景技术

基于微机电系统(MEMS)技术的流量传感器芯片，可用于测量气体或者液体的微小流量。其原理如图1和图2所示，芯片上有一个薄膜结构，薄膜上有一个微加热器(材料通常是多晶硅或者金属)和一对热电堆，分别位于微加热器左右两侧。当无气流流过的时候，左右两侧热电堆具处于相同的温度，两个热电堆的输出电压也相同；当有气流流过的时候，热量被气流带动，导致上游(进气方向)的温度变低，下游(出气方向)的温度变高，通过测量两侧的热电堆输出电压差可以计算得到气流的大小。

该MEMS流量传感器芯片的信噪比和检测精度主要决定于两侧热电堆的灵敏度，两侧热电堆对温度变化的响应度越高，流量传感器对气流流量检测精度越高。

为提高热电堆的灵敏度，目前主要采用三种方法：1.把支撑用的介质薄膜和热电堆做薄，减小导热率，提高热结和冷结之间的温差；2.选用具有更高塞贝克系数的热电堆材料；3.采用更大面积的芯片，通过放置更多的热电偶，构成高灵敏度的热电堆(热电堆是通过一组热电偶串联实现，灵敏度与热电偶的数量成正比)。目前典型的MEMS流量传感器芯片和两侧热电堆结构如图3所示。现有的方法不能在微小的芯片上有效地提高检测精度。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种高灵敏度MEMS流量传感器芯片，以达到提高两侧热电堆的灵敏度，进而提高MEMS流量传感器芯片的信噪比和检测精度的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高灵敏度MEMS流量传感器芯片，包括设置于微加热器底部的底层介质薄膜、设置于底层介质薄膜下方的硅衬底，以及设置于底层介质薄膜上方、微加热器两侧的热电堆，所述热电堆包括上下堆叠串联的多对热电偶，每对热电偶包括上下放置的P型硅和N型硅，以及用于连接P型硅和N型硅的金属热结，所述金属热结位于P型硅和N型硅上靠近微加热器的一端；每对热电偶的P型硅和N型硅之间，以及相邻的热电偶之间均设置用于电隔离的中间介质薄膜。

上述方案中，所述底层介质薄膜上位于微加热器与热电堆之间开设用于正面刻蚀的释放孔，所述硅衬底为一体结构，上部开设刻蚀槽。

上述方案中，所述硅衬底为左右分体结构，左右两侧的硅衬底之间为刻蚀槽。

优选地，所述金属热结材料为铝。

优选地，所述底层介质薄膜和中间介质薄膜为二氧化硅或氮化硅材料。

通过上述技术方案，本发明提供的一种高灵敏度MEMS流量传感器芯片在不增加芯片面积的情况下，增加热电偶的数目，提高热电堆的灵敏度，进而实现MEMS流量传感器芯片的信噪比和检测精度输出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为现有的流量传感器芯片原理示意图(无气流)；

图2为现有的流量传感器芯片原理示意图(有气流)；

图3为目前典型的MEMS流量传感器芯片和两侧热电堆结构；