具有改进的操作的动态压力传感器制造技术

MEMS和/或NEMS压力传感器，位于基板中，包括：固定部分及相对于该固定部分可移动的部分，可移动部分包括能够在压力变化的作用下在传感器平面中移动的敏感元件(108)；应变计(18)，用于检测敏感元件(108)由于压力变化而在传感器平面中的移动；用于驱动敏感元件的电极(24.1，24.2)，所述驱动电极由固定部分及可移动部分部分地支撑，所述驱动电极被设置成自动地控制敏感元件(108)在位置范围内的移动；用于控制驱动电极的装置(C)，该装置被配置成基于应变计发出的信号使驱动电极偏移以自动地控制敏感元件在位置范围内的移动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有改进的操作的动态压力传感器
本专利技术涉及一种具有改进的操作的压力传感器、特别地涉及一种例如用于制作麦克风的应用的MEMS和/或NEMS压力传感器。
技术介绍
文献EP2410767描述了一种例如用于制作麦克风的MEMS动态压力传感器。该压力传感器包括可变形的腔室以接收来自环境的压力变化，该腔室在基板中被制成并且该腔室的壁中的一个壁沿与基板平面平行的方向是可移动的。该压力传感器还包括例如压阻型或电容型的用于检测壁的移动的装置。利用平面内移动的该压力传感器具有使检测部分与对声压敏感的检测壁分离的优点。因此，能够同时进行优化，从而使传感器具有改进的性能。然而，该压力传感器强制(impose)找到通带和分辨率之间的折衷方案；此外，在麦克风的应用中，工作范围受到检测装置的机械部分的配置的限制，这限制了用于提高分辨率并增加满量程的可能性，该工作范围是可以测量的最大声压(即，在不饱和的情况下麦克风能够记录的声级)和可能测量的最小声压之间的差值。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的在于提供一种利用平面内移动或变形、具有改进的操作的压力传感器。本专利技术的目的通过利用平面内移动或变形的压力传感器来实现，该压力传感器包括在压力变化的作用下沿平行于传感器平面的方向可移动或可变形的部分、用于检测可移动部分的移动或变形的检测装置以及用于从动于敏感元件根据检测装置的测量的移动或者变形的装置。通过实施这种从动，传感器的制造及其操作不再受到现有技术的平面内检测传感器的增益/通带以及机械增益/动态范围的折衷的限制。优选地，从动装置与检测装置不同。优选地，从动装置为电容型，但是可替选地，从动装置可以是压电型。有利地，用于减小敏感元件的机械刚度的装置由静电装置来实施，该静电装置还被称为“用于对敏感元件进行微调的装置”来指代，该微调使得能够大大提高传感器性能。优选地，在除从动装置之外的情况下，微调装置被实施，电极专用于从动并且电极专用于微调。在一个特别有利的模式中，敏感元件包括容置从动电极的至少一部分的壳体，因此从动电极在敏感元件的面上施加静电压力，敏感元件的所述面与受待测量的压力变化影响的面不同。因此，驱动电极不会在可移动结构的上游和下游引起水头损失(pertedecharge)，上游为施加待测量的声压的一侧，例如大气。从而不会降低传感器的灵敏度。非常有利地，驱动电极中的至少一个被构造成减少粘性阻尼。传感器使得压力变化(例如待测量的声压变化)能够制作麦克风。因此，本专利技术的一个主题是一种MEMS/NEMS型压力传感器，其位于在被称为传感器平面的平面中延伸的基板中，该压力传感器包括：-固定部分和相对于固定部分可移动的可移动部分，可移动部分包括能够在压力变化的作用下在传感器平面中移动或者变形的至少一个敏感元件，-检测装置，用于检测敏感元件由于压力变化而在传感器平面中的移动或者变形，-第一驱动装置，用于驱动可移动部分，所述第一驱动装置被控制成从动于敏感元件的移动或变形位置，-第一控制装置，用于控制第一驱动装置，该第一控制装置根据检测装置发出的信号被配置成使第一驱动装置极化以从动于敏感元件的移动或变形位置。例如，第一驱动装置为电容型，所述驱动装置由固定部分及可移动部分部分地支撑。有利地，压力传感器包括第二电容型驱动装置和第二控制装置，第二电容型驱动装置用于驱动可移动部分，所述驱动装置由固定部分及可移动部分部分地支撑，第二控制装置用于控制第二驱动装置以执行对元件的微调。在示例性实施例中，第一驱动装置和第二驱动装置不同。在另一示例性实施例中，第一驱动装置和第二驱动装置相结合(confondus)，然后给第一驱动装置和第二驱动装置施加包括来自第一控制装置的AC分量和来自第二控制装置的DC分量的极化信号。可移动部分可以围绕垂直于传感器平面的轴相对于固定部分被可旋转地铰接。根据附加特征，检测装置从压阻型装置或电容型装置中选择。当检测装置为电容型时，检测装置可以与第一驱动装置和/或第二驱动装置不同。第一驱动装置和/或第二驱动装置可以包括至少两对电极，每对电极包括由固定部分支撑的固定电极和面对固定电极、由可移动部分支撑的可移动电极。在一个实施例中，敏感元件包括受所述压力变化影响的面，该面被称为敏感面，并且敏感元件包括在敏感元件的两个平行壁之间界定的至少一个壳体，该两个平行壁中的一个壁支撑敏感面，固定电极中的全部或部分固定电极布置在所述壳体中，而可移动电极中的全部或部分可移动电极位于壳体的壁的内面上。在一个有利的示例中，敏感元件包括连接两个平行壁的底部，所述底部包括至少一个通道。有利地，压力传感器然后可以包括至少一个柱体，该至少一个柱体用于通过通道将固定电极中的至少一个机械地连接到固定部分。优选地，驱动电极中的至少一个被构造成便于从固定电极和可移动电极之间界定的空间中排出环境介质。根据附加特征，每个固定电极可以连接到位于其纵向末端处的电连接垫或者连接到位于其两个纵向末端之间的中间部分中的电连接垫。在一个示例性实施例中，敏感元件被铰接在至少一个纵向末端处。敏感元件可以被布置在连接到需要测量压力变化的环境的至少一个第一腔室和与该第一腔室连通的至少一个第二缓冲腔室之间。压力传感器可以包括连接到需要测量压力变化的环境的两个第一不同腔室，以及包括两个第二缓冲腔室，敏感元件受到两个腔室的压力变化的影响。旋转铰接件的旋转轴可以位于敏感元件的两个纵向末端之间，优选地位于距两个末端相等的距离处。有利地，检测装置使得其能够进行差动测量。在另一实施例中，固定驱动电极中的全部或部分固定驱动电极被布置在敏感元件的任一侧上。敏感元件可以包括受需要被测量的压力变化影响的面，该面被称为敏感面，固定驱动电极中的一个固定驱动电极面对该敏感面。可移动部分例如包括至少两个梁，该至少两个梁与敏感元件平行并且被布置成远离该敏感元件，所述平行梁的面对敏感面的面形成可移动电极中的全部或部分可移动电极。例如，基板包括支撑基板和盖基板，第一腔室通过盖基板的孔口连接到需要测量压力变化的环境，第二腔室包括支撑基板中与第一腔室的孔口相对的孔口或侧孔口，或者第二腔室具有足够的体积而不会阻碍可移动部分的移动。本专利技术的另一主题在于一种根据本专利技术的形成动态压力传感器的压力传感器。本专利技术的另一主题在于一种包括至少一个根据本专利技术的压力传感器的麦克风。附图说明基于以下说明及附图将更好地理解本专利技术，在附图中：-图1A和图1B为压力传感器的第一实施例的一示例性实施例的分别沿平面I-I的俯视图及截面图，-图2A和图2B为压力传感器的第一实施例的另一示例性实施例的分别沿平面II-II的俯视图及截面图，-图2A'和图2A”为图2A的传感器的替代实施例的示意性表示的俯视图，-图3A和图3B为压力传感器的第一实施例的另一示例性实施例的分别沿平面III-III的俯视图及截面图，-图4A和图4B为压力传感器的第二实施例的一示例性实施例的分别沿平面IV-IV的俯视图及截面图，-图4'为图4A和图4B的示例的替代实施例的横向截面图，-图5A和图5B为图4A和图4B的压力传感器沿平面V-V的俯视图及截面图，其中压阻应变计变细了，-图6为图4A和图4B的利用电容检测的传感器的替代方案的俯视图，-图7为图4A和图4B的利用实施两个压阻应变计的压阻检测的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS和/或NEMS型压力传感器，位于在被称为传感器平面的平面中延伸的基板中，所述压力传感器包括：‑固定部分和相对于所述固定部分可移动的可移动部分，所述可移动部分包括能够在压力变化的作用下在所述传感器平面中移动或者变形的至少一个敏感元件(S，8，108，208)，‑检测装置(D，16，216)，用于检测所述敏感元件由于压力变化而在所述传感器平面中的移动或者变形，‑第一驱动装置(A1，24.1，24.2，24.3，24.4，124，124.1，124.2，224.1，224.2，224.1'，224.2')，用于驱动所述可移动部分，所述第一驱动装置被控制成从动于所述敏感元件(8，108，208)的移动或变形位置，‑第一控制装置(C1)，用于控制所述第一驱动装置，所述第一控制装置被配置成根据所述检测装置发出的信号使所述第一驱动装置极化以从动于所述敏感元件的移动或变形位置，其中，所述第一驱动装置(24.1，24.2，24.3，24.4，124，124.1，124.2，224.1，224.2，224.1'，224.2')包括至少两对电极，每对电极包括由所述固定部分支撑的固定电极和面对所述固定电极、由所述可移动部分支撑的可移动电极，以及其中，所述敏感元件(108，208)包括受压力变化影响的面，该面被称为敏感面，并且所述敏感元件(108，208)包括在所述敏感元件的两个平行壁(108.2，108.3)之间界定的至少一个壳体(34，234.1，234.2)，所述两个平行壁中的一个壁(108.2)支撑所述敏感面，所述固定电极中的全部或部分固定电极布置在所述壳体(34，134)中，而所述可移动电极中的全部或部分可移动电极位于所述壳体的所述壁(18.2，18.3)的内面(108.22，108.23)上。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.18 FR 14627181.一种MEMS和/或NEMS型压力传感器，位于在被称为传感器平面的平面中延伸的基板中，所述压力传感器包括：-固定部分和相对于所述固定部分可移动的可移动部分，所述可移动部分包括能够在压力变化的作用下在所述传感器平面中移动或者变形的至少一个敏感元件(S，8，108，208)，-检测装置(D，16，216)，用于检测所述敏感元件由于压力变化而在所述传感器平面中的移动或者变形，-第一驱动装置(A1，24.1，24.2，24.3，24.4，124，124.1，124.2，224.1，224.2，224.1'，224.2')，用于驱动所述可移动部分，所述第一驱动装置被控制成从动于所述敏感元件(8，108，208)的移动或变形位置，-第一控制装置(C1)，用于控制所述第一驱动装置，所述第一控制装置被配置成根据所述检测装置发出的信号使所述第一驱动装置极化以从动于所述敏感元件的移动或变形位置，其中，所述第一驱动装置(24.1，24.2，24.3，24.4，124，124.1，124.2，224.1，224.2，224.1'，224.2')包括至少两对电极，每对电极包括由所述固定部分支撑的固定电极和面对所述固定电极、由所述可移动部分支撑的可移动电极，以及其中，所述敏感元件(108，208)包括受压力变化影响的面，该面被称为敏感面，并且所述敏感元件(108，208)包括在所述敏感元件的两个平行壁(108.2，108.3)之间界定的至少一个壳体(34，234.1，234.2)，所述两个平行壁中的一个壁(108.2)支撑所述敏感面，所述固定电极中的全部或部分固定电极布置在所述壳体(34，134)中，而所述可移动电极中的全部或部分可移动电极位于所述壳体的所述壁(18.2，18.3)的内面(108.22，108.23)上。2.根据权利要求1所述的压力传感器，其中，所述第一驱动装置(24.1，24.2，24.3，24.4，124，124.1，124.2，224.1，224.2，224.1'，224.2')为电容型，所述驱动装置由所述固定部分及所述可移动部分部分地支撑。3.根据权利要求1或2所述的压力传感器，包括第二电容型驱动装置和第二控制装置(C2)，所述第二电容型驱动装置用于驱动所述可移动部分，所述驱动装置由所述固定部分及所述可移动部分部分地支撑，所述第二控制装置用于控制所述第二驱动装置以执行对所述敏感元件的微调。4.根据权利要求3所述的压力传感器，其中，所述第二驱动装置(24.1，24.2，24.3，24.4，124，124.1，124.2，224.1，224.2，224.1'n，224.2')包括至少两对电极，每对电极包括由所述固定部分支撑的固定电极和面对所述固定电极、由所述可移动部分支撑的可移动电极，所述固定电极中的全部或部分固定电极被布置在所述壳体中，而所述可移动电极中的全部或部分可移动电极位于所述壳体的所述壁的所述内面上。5.根据权利要求3或4所述的压力传感器，其中，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置不同。6.根据权利要求3或4所述的压力传感器，其中，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置相结合，并且给所述第一驱动装置和所述第二驱动装置施加包括来自所述第一控制装置的AC分量和来自所述第二控制装置的DC分量的极化信号。7.根据权利要求1至6中...

【专利技术属性】
技术研发人员：布鲁诺·法伊，菲利普·罗伯特，蒂里·维尔多，
申请(专利权)人：原子能和替代能源委员会，
类型：发明
国别省市：法国,FR