The invention relates to a structure and manufacturing method of a beam-island-membrane integrated resonant pressure sensor. The object of the present invention is to provide a structure and manufacturing method of a beam-island-membrane integrated resonant pressure sensor. The technical scheme of the invention is: a beam-island-film integrated resonant pressure sensor structure has a resonant beam, a piezoelectric diaphragm and two silicon islands located on a piezoelectric diaphragm. The resonant beam is suspended between two silicon islands, and the resonant beam forms an excitation resistance and a piezoresistor; the piezoelectric diaphragm and the silicon island are harmonious. The vibrating beam is formed by etching a (100) silicon wafer in an anisotropic etching solution. While the silicon wafer is etched in an anisotropic etching solution to form a pressure sensitive diaphragm and a silicon island, the silicon release edge under the resonant beam is corroded from (111) surface.
【技术实现步骤摘要】
梁-岛-膜一体化谐振式压力传感器结构及制造方法
本专利技术涉及一种梁-岛-膜一体化谐振式压力传感器结构及制造方法。适用于微电子机械系统(MEMS)领域。
技术介绍
谐振式压力传感器是基于谐振器的谐振频率随压力变化而改变的一类传感器。被测压力引起谐振器等效刚度变化,从而改变谐振器的谐振频率,通过测量谐振频率的变化获得被测压力的大小。作为谐振式压力传感器核心元件的谐振器工作于机械谐振状态,输出的频率信号不受电路噪声的影响,信噪比和分辨率高、抗干扰能力强,易于与现场总线连接,可以省去价格昂贵的A/D转换装置,减小由此引入的测量误差。谐振式压力传感器是目前精度最高的压力传感器之一,非常适合对精度和长期稳定性要求较高的航空、航天、军事、工业自动控制、气象监测等精密压力测量领域。早期的谐振式压力传感器(如谐振弦、谐振筒、谐振膜、谐振弯管)由精密合金制成,尺寸较大,结构复杂,谐振频率和灵敏度较低。随后出现的石英谐振式压力传感器是目前精度最高、稳定性最好的压力传感器之一。然而石英材料加工困难,不能用于静压测量,限制了其在压力测量领域的广泛应用。随着微电子技术和微机械加工技术的发展,硅微机械谐振式压力传感器引起了普遍关注。硅微机械谐振式压力传感器由感压膜片和谐振梁组成,感压膜片感受流体压力而产生的应力通过谐振梁的固支端传递到谐振梁上使其谐振频率发生变化,只要检测出谐振频率的变化就可以测量出压力的变化。硅微机械谐振式压力传感器的谐振梁与待测介质隔离,振动不受待测介质影响,有利于获得较高的品质因数。为了检测谐振梁的固有频率,需要选取适当的激励和检测方式。MEMS谐振梁常用的激励 ...
【技术保护点】
1.一种梁‑岛‑膜一体化谐振式压力传感器结构,其特征在于:具有谐振梁(9)、感压膜片(8)和位于感压膜片(8)上的两个硅岛(13),所述谐振梁(9)悬置于两个硅岛(13)之间,该谐振梁上形成有激励电阻(3)和压敏电阻(4);所述感压膜片(8)、硅岛(13)和谐振梁(9)由一块(100)面硅片经各向异性腐蚀液腐蚀后形成;硅片在各向异性腐蚀液中腐蚀形成感压膜片(8)和硅岛(13)的同时,从(111)面腐蚀谐振梁下方的硅释放沿
【技术特征摘要】
1.一种梁-岛-膜一体化谐振式压力传感器结构,其特征在于:具有谐振梁(9)、感压膜片(8)和位于感压膜片(8)上的两个硅岛(13),所述谐振梁(9)悬置于两个硅岛(13)之间,该谐振梁上形成有激励电阻(3)和压敏电阻(4);所述感压膜片(8)、硅岛(13)和谐振梁(9)由一块(100)面硅片经各向异性腐蚀液腐蚀后形成;硅片在各向异性腐蚀液中腐蚀形成感压膜片(8)和硅岛(13)的同时,从(111)面腐蚀谐振梁下方的硅释放沿<110>晶向的谐振梁(9),获得一体化的梁岛膜结构;所述硅片的电阻率小于0.1Ω.cm,掺杂浓度小于自停止腐蚀浓度。2.根据权利要求1所述的梁-岛-膜一体化谐振式压力传感器结构,其特征在于:所述谐振梁(9)由硅层、二氧化硅薄膜(2)、低压化学气相沉积法淀积的Si3N4薄膜(5)和等离子增强化学气相沉积法淀积的SixNy薄膜(7)中的任意2~4种组成。3.根据权利要求1所述的梁-岛-膜一体化谐振式压力传感器结构,其特征在于:所述硅片掺杂浓度小于自停止腐蚀浓度的70%。4.根据权利要求1或3所述的梁-岛-膜一体化谐振式压力传感器结构,其特征在于:所述的各向异性腐蚀液为氢氧化钾或四甲基氢氧化铵基腐蚀液。5.根据权利要求1所述的梁-岛-膜一体化谐振式压力传感器结构,其特征在于:所述的压敏电阻(4)为多晶硅电阻、单晶硅电阻或金属应变电阻。6.根据权利要求1所述的梁-岛-膜一体化谐振式压力传感器结构,其特征在于:所述硅岛(13)的高度至少达到50微米。7.一种权利要求1~6任意一项所述传感器结构的制造方法,其特征在于:硅片为(100)面、电阻率小于0.1Ω.cm,掺杂浓度小于自停止腐蚀浓度的低阻硅片(1);硅片经热氧化法生长二氧化硅薄膜(2);经低压化学气相沉积法淀积多晶硅薄膜,硅片正面扩散或离子注入工艺掺杂,光刻并刻蚀多晶硅薄膜形成激励电阻(3)和压敏电阻(4);通过低压化学气相沉积淀积Si3N4薄膜(5);硅片正面光刻并刻蚀接触孔中的Si...
【专利技术属性】
技术研发人员:韩建强,赵正前,朱安赐,
申请(专利权)人:中国计量大学,
类型:发明
国别省市:浙江,33
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