[发明专利]谐振式微压传感器及其制备方法

说明书

一种谐振式微压传感器及其制备方法，该谐振式微压传感器自下而上依次包括：衬底层、埋氧层、器件层以及封装盖板；衬底层包括压力敏感膜以及设置在压力敏感膜上的第一凸台，所述第一凸台用于构造应力集中区，提高谐振式微压传感器的压力灵敏度，同时提高压力敏感膜的刚度；所述器件层包括：第一谐振单元、第二谐振单元以及包括多个硅岛单元的硅岛区。本发明的谐振式微压传感器同时通过压力敏感膜上的凸台设计，构造应力集中区；并将第一谐振单元和第二谐振单元分别置于正应力和负应力最大的区域，提高了微压传感器的压力灵敏度；此外压力敏感膜上的第一凸台，还将调整压力敏感膜特征频率，使谐振单元在工作范围内避开压力敏感膜的模态干扰。

技术领域

本发明涉及MEMS微传感器技术领域，尤其涉及一种谐振式微压传感器及其制备方法。

背景技术

微压传感器主要是针对小压力的测量，压力测量范围一般在10Pa到10kPa以内，其广泛的应用于工业控制、生物医疗、半导体加工制造、航空航天、气象监测、星际探索等领域。

微压传感器按照检测方式大致可以分为压阻式、电容式、谐振式三类，其中压阻式、电容式微压传感器都有比较成熟的商业化产品，不过其测量精度大多集中在0.1％FS以上，难以满足在航空航天，星际探索等领域内高达0.05％FS的高精度测量需求。谐振式微压传感器以其测量精度高、分辨率高、稳定性好、抗干扰能力强而著称，在亟需高精度测量的航空航天、星际探索等领域内具有非常重大的应用需求，同时其输出信号为准数字信号，减少了AD转换(即模拟信号到数字信号的转换)过程，能够很好的兼容各类信息系统，非常契合高复杂度信息系统的使用要求。

目前，谐振式微压传感器为了实现小压力的高精度测量通常要求其在线性工作范围内具有很高的压力灵敏度，因此提高谐振器的压力灵敏度至关重要。在量程等于膜厚的思想指导下通常认为只需要减小压力敏感膜厚度就能获得更高的压力灵敏度，这在压阻式、电容式的微压传感器上基本成立，却不完全适用于谐振式微压传感器。同时，谐振式微压传感器的工作压力范围通常都在10kPa以下，但传感器的敏感芯体在制备过程中或进行工作测试时，都不便于被贮存在低压环境下。当传感器处于大气压氛围时，压力敏感膜受压会出现过形变并产生较大的弯曲应力，甚至引发断裂。此外，为了使谐振器能够获得较高的Q值还需要为谐振器提供低阻尼振动环境，同时为了使谐振器免受环境中的灰尘颗粒、湿度、化学腐蚀等的影响和损害，通常将谐振器进行真空封装，阳极键合作为圆片级真空封装技术之一，非常适用于硅和玻璃的键合，其对键合片的表面粗糙度要求较低，并且键合强度高，因此被广泛使用。然而，尽管可以在封装盖板上设计制作过载保护结构来抑制压力敏感膜过形变，但阳极键合过程中键合电压通常较高，且压力敏感膜较薄，极易发生静电吸合使传感器的封装盖板与敏感芯体被键合在一起导致传感器失效。此外，谐振式微压传感器在阳极键合过程中因键合材料的不同会引入较大的残余热应力，致使谐振器的温度灵敏度非常大，尤其是在低温条件下，会对传感器的综合精度产生较大影响，

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种谐振式微压传感器及其制备方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明公开了一种谐振式微压传感器，包括：衬底层、埋氧层以及器件层；

所述衬底层包括：

第一凹槽，设置在所述衬底层底部；其中，所述第一凹槽底部形成压力敏感膜；以及

第一凸台，设置在压力敏感膜上，用于构造应力集中区，提高谐振式微压传感器的压力灵敏度，同时提高压力敏感膜的刚度；

所述埋氧层设置在所述衬底层顶部；

所述器件层设置在所述埋氧层上，包括：

第一谐振单元，其谐振频率与压力呈正相关，用于接收张应力；

第二谐振单元，其谐振频率与压力呈负相关；第二谐振单元位于所述第一谐振单元一侧，用于接收压应力；