微机电换能器和包括微机电换能器的系统技术方案

本公开涉及微机电换能器和包括微机电换能器的系统。微机电换能器包括半导体主体、埋置在半导体主体内的四个腔、和四个膜，每个膜悬置于相应的腔之上，并且能够通过微机电换能器外部的压力的作用而被偏斜；微机电换能器进一步包括四个换能器元件，四个换能器元件由相应的膜容纳，并且在惠斯通电桥配置中互相电耦合，以将所述外部压力转换为电信号。

【技术实现步骤摘要】
微机电换能器和包括微机电换能器的系统
本公开涉及微机电换能器以及包括微机电换能器的系统。
技术介绍
如所知的，集成压力传感器可以通过微制造技术生产。这些传感器通常包括薄膜或隔膜，该薄膜或隔膜悬置于半导体主体中形成的腔上方。互连的压阻元件在膜内形成，并且被连接在惠斯通(Wheatstone)电桥中。当经受压力时，膜遭受变形，引起压阻元件的电阻的变化，使得惠斯通电桥变得不平衡。备选地，电容传感器是可用的，其中膜形成电容器的第一板，而第二板由固定参考物来形成。在使用中，膜的偏斜生成电容器的电容的变化，该变化可以被检测并且与施加在膜上的压力相关联。
技术实现思路
然而，已知类型的集成半导体压力传感器通常被设计并用于测量相对低的温度(例如，高达0.1MPa)。为了增加集成半导体压力传感器的范围结束(end-of-scale)值，可以增加膜的刚度，以使针对相同的施加压力，较低值的信号被读取，从而降低传感器的灵敏度，并且即使针对较高的压力值，也使能获得可读取的信号。例如，可以通过增加膜的厚度来增加膜的刚度。在用于制造已知类型的半导体压力传感器的过程中，膜是通过外延生长形成的。为获得较厚的膜而增加外延生长时间具有多个缺点，包括例如增加的成本以及半导体晶片的反面的增加的非均一性，从而引起在晶片操纵中的困难以及与制造过程的后续步骤不相容的问题。在第一方面，提供了一种微机电换能器，其包括：单片半导体主体；第一腔、第二腔、第三腔和第四腔，所述第一腔、所述第二腔、所述第三腔和所述第四腔被埋置在所述半导体主体内；第一膜、第二膜、第三膜和第四膜，所述第一膜、所述第二膜、所述第三膜和所述第四膜分别覆盖所述第一腔、所述第二腔、所述第三腔和所述第四腔，并且形成所述半导体主体的表面的一部分，所述第一膜、所述第二膜、所述第三膜和所述第四膜被配置为响应于作用在所述半导体主体的所述表面上的外部压力而偏斜；以及第一换能器元件、第二换能器元件、第三换能器元件和第四换能器元件，所述第一换能器元件、所述第二换能器元件、所述第三换能器元件和所述第四换能器元件分别至少部分地在所述第一膜、所述第二膜、所述第三膜和所述第四膜中，并且在惠斯通电桥配置中互相电耦合，以将所述外部压力转换为电信号。根据一个实施例，所述第一换能器元件、所述第二换能器元件、所述第三换能器元件和所述第四换能器元件是由压阻材料制成的，并且其中：所述第一换能器元件和所述第三换能器元件被布置为经受分别由所述第一膜和所述第三膜的偏斜所引起的变形，从而引起电阻的减小；并且所述第二换能器元件和所述第四换能器元件被布置为经受分别由所述第二膜和所述第四膜的偏斜所引起的变形，从而引起电阻的增大。根据一个实施例，所述第一换能器元件、所述第二换能器元件、所述第三换能器元件和所述第四换能器元件具有纵向长度，并且其中所述第一换能器元件和所述第三换能器元件的所述纵向长度正交于所述第二换能器元件和所述第四换能器元件的所述纵向长度。根据一个实施例，所述第一换能器、所述第二换能器、所述第三换能器和所述第四换能器中的每个换能器包括：第一部分，所述第一部分面向所述换能器至少部分地位于的相应膜的第一边缘；第二部分，所述第二部分面向所述相应膜的第二边缘，所述第二部分与所述第一边缘相对；以及第三部分，所述第三部分将所述第一部分和所述第二部分电耦合，其中所述第一换能器和所述第三换能器的所述第一部分和所述第二部分中的每个部分包括与所述相应膜的所述第一边缘和所述第二边缘平行的相应的压阻区域，其中所述第二换能器和所述第四换能器的所述第一部分和所述第二部分中的每个部分包括与所述相应膜的所述第一边缘和所述第二边缘正交的相应的压阻区域，并且其中所述第一换能器、所述第二换能器、所述第三换能器和所述第四换能器中的每个换能器的所述第一部分从所述换能器至少部分地位于的所述相应膜的所述第一边缘延伸到第一距离，并且所述第一换能器、所述第二换能器、所述第三换能器和所述第四换能器中的每个换能器的所述第二部分从所述换能器至少部分地位于的所述相应膜的所述第二边缘延伸到第二距离，所述第二距离基本上等于所述第一距离。根据一个实施例，针对所述第一换能器、所述第二换能器、所述第三换能器和所述第四换能器中的每个换能器，所述第一部分和所述第二部分具有相同的电阻值，并且所述第三部分具有比所述第一部分和所述第二部分的所述电阻值低至少一个数量级的电阻值。根据一个实施例，所述第一换能器、所述第二换能器、所述第三换能器和所述第四换能器的所述第一部分和所述第二部分中的每个部分在平面视图中形成Z字形形状，所述第一部分和所述第二部分的所述压阻区域形成相应Z字形形状的一部分。根据一个实施例，所述第一膜、所述第二膜、所述第三膜和所述第四膜具有从以下中选择的形状：方形，圆形或者具有圆边的方形。根据一个实施例，所述第一膜、所述第二膜、所述第三膜和所述第四膜具有100N/m至2·106N/m之间的刚度。根据一个实施例，所述第一膜、所述第二膜、所述第三膜和所述第四膜具有5mV/V/FS至20mV/V/FS之间的灵敏度，其中“FS”是所述微机电换能器的范围结束值，并且在5MPa至50MPa之间。根据一个实施例，所述第一膜、所述第二膜、所述第三膜和所述第四膜是方形形状的，并且具有2.5·103μm2至22.5·103μm2之间的面积以及4μm至10μm之间的厚度。在第二方面，提供了一种包括微机电换能器的系统，所述微机电换能器包括：半导体材料的单片主体；第一腔、第二腔、第三腔和第四腔，所述第一腔、所述第二腔、所述第三腔和所述第四腔被埋置在所述单片主体内；第一膜、第二膜、第三膜和第四膜，所述第一膜、所述第二膜、所述第三膜和所述第四膜分别覆盖所述第一腔、所述第二腔、所述第三腔和所述第四腔，并且形成所述单片主体的表面的一部分，所述第一膜、所述第二膜、所述第三膜和所述第四膜被配置为响应于作用在所述单片主体的所述表面上的外部压力而偏斜；以及第一换能器元件、第二换能器元件、第三换能器元件和第四换能器元件，所述第一换能器元件、所述第二换能器元件、所述第三换能器元件和所述第四换能器元件分别至少部分地在所述第一膜、所述第二膜、所述第三膜和所述第四膜中，并且在惠斯通电桥配置中互相电耦合，以将所述外部压力转换为电信号。根据一个实施例，所述系统是用于车辆的制动系统、燃料喷射组件、机器人系统或空调系统。根据一个实施例，所述系统进一步包括耦合到所述微机电换能器的控制单元，其中所述微机电换能器的所述第一膜、所述第二膜、所述第三膜和所述第四膜具有从以下中选择的形状：方形，圆形或者具有圆边的方形。特别地，可能提供具有高刚性膜的压力传感器，从而增加范围结束值，而不增加用于已知类型的具有低范围结束值的压力传感器的制造方法的复杂度。实施例涉及微机电换能器、制造微机电换能器的方法以及包括微机电换能器的系统。一个实施例涉及被配置为检测高压(诸如等于或者大于30MPa的压力)的微机电换能器。附图说明为了使能本公开更容易地被理解，现在将参照附图纯粹通过非限制性示例的方式，描述其优选的实施例，其中：图1在俯视图中示意性地示出根据本公开的一个实施例的被提供有压阻换能器的微机电换能器。图2示意性地示出图1的微机电换能器的横截面，该截面是沿着图1的截面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微机电换能器，其特征在于，包括：单片半导体主体；第一腔、第二腔、第三腔和第四腔，所述第一腔、所述第二腔、所述第三腔和所述第四腔被埋置在所述半导体主体内；第一膜、第二膜、第三膜和第四膜，所述第一膜、所述第二膜、所述第三膜和所述第四膜分别覆盖所述第一腔、所述第二腔、所述第三腔和所述第四腔，并且形成所述半导体主体的表面的一部分，所述第一膜、所述第二膜、所述第三膜和所述第四膜被配置为响应于作用在所述半导体主体的所述表面上的外部压力而偏斜；以及第一换能器元件、第二换能器元件、第三换能器元件和第四换能器元件，所述第一换能器元件、所述第二换能器元件、所述第三换能器元件和所述第四换能器元件分别至少部分地在所述第一膜、所述第二膜、所述第三膜和所述第四膜中，并且在惠斯通电桥配置中互相电耦合，以将所述外部压力转换为电信号。

【技术特征摘要】
2017.08.28 IT 1020170000966581.一种微机电换能器，其特征在于，包括：单片半导体主体；第一腔、第二腔、第三腔和第四腔，所述第一腔、所述第二腔、所述第三腔和所述第四腔被埋置在所述半导体主体内；第一膜、第二膜、第三膜和第四膜，所述第一膜、所述第二膜、所述第三膜和所述第四膜分别覆盖所述第一腔、所述第二腔、所述第三腔和所述第四腔，并且形成所述半导体主体的表面的一部分，所述第一膜、所述第二膜、所述第三膜和所述第四膜被配置为响应于作用在所述半导体主体的所述表面上的外部压力而偏斜；以及第一换能器元件、第二换能器元件、第三换能器元件和第四换能器元件，所述第一换能器元件、所述第二换能器元件、所述第三换能器元件和所述第四换能器元件分别至少部分地在所述第一膜、所述第二膜、所述第三膜和所述第四膜中，并且在惠斯通电桥配置中互相电耦合，以将所述外部压力转换为电信号。2.根据权利要求1所述的微机电换能器，其特征在于，所述第一换能器元件、所述第二换能器元件、所述第三换能器元件和所述第四换能器元件是由压阻材料制成的，并且其中：所述第一换能器元件和所述第三换能器元件被布置为经受分别由所述第一膜和所述第三膜的偏斜所引起的变形，从而引起电阻的减小；并且所述第二换能器元件和所述第四换能器元件被布置为经受分别由所述第二膜和所述第四膜的偏斜所引起的变形，从而引起电阻的增大。3.根据权利要求2所述的微机电换能器，其特征在于，所述第一换能器元件、所述第二换能器元件、所述第三换能器元件和所述第四换能器元件具有纵向长度，并且其中所述第一换能器元件和所述第三换能器元件的所述纵向长度正交于所述第二换能器元件和所述第四换能器元件的所述纵向长度。4.根据权利要求2所述的微机电换能器，其特征在于，所述第一换能器、所述第二换能器、所述第三换能器和所述第四换能器中的每个换能器包括：第一部分，所述第一部分面向所述换能器至少部分地位于的相应膜的第一边缘；第二部分，所述第二部分面向所述相应膜的第二边缘，所述第二部分与所述第一边缘相对；以及第三部分，所述第三部分将所述第一部分和所述第二部分电耦合，其中所述第一换能器和所述第三换能器的所述第一部分和所述第二部分中的每个部分包括与所述相应膜的所述第一边缘和所述第二边缘平行的相应的压阻区域，其中所述第二换能器和所述第四换能器的所述第一部分和所述第二部分中的每个部分包括与所述相应膜的所述第一边缘和所述第二边缘正交的相应的压阻区域，并且其中所述第一换能器、所述第二换能器、所述第三换能器和所述第四换能器中的每个换能器的所述第一部分从所述换能器至少部分地位于的所述相应膜的所述第一边缘延伸到第一距离，并且所述第一换能器、所述第二换能器、所述第三换能器和所述第四换能器中的每个换能器的所述第二部分从所述换能器至...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·杜奇，L·巴尔多，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：新型
国别省市：意大利,IT