一种电容式差压传感器及其输出特性计算方法与制作方法技术

本发明专利技术公开了一种电容式差压传感器及其输出特性计算方法与制作方法。应用理想气体状态方程和板壳理论建立了传感器静态及动态输出特性的计算方法，特别提出了一种真空高温退火加工感压膜的方法。本发明专利技术的一种新型的实时动态压力检测的差压传感器，传感器加工方法简单，具有较高的气体压力检测分辨率，无需复杂的SOI(Silicon‑On‑Insulator,绝缘衬底上的硅)或复杂的在硅片上刻蚀腔体和感压膜的方法，就可以通过将刻蚀的特定结构的沟槽高温真空退火，一步形成有圆孔的感压膜和腔体。

【技术实现步骤摘要】
一种电容式差压传感器及其输出特性计算方法与制作方法
本专利技术涉及一种MEMS电容式差压传感器的设计，尤其涉及一种实时动态压力测量的电容式差压传感器的输出特性及制备方法。
技术介绍
MEMS电容式压力传感器相对于常见的压阻式压力传感器具有温度漂移小、信噪比高、响应速度快等优点而广泛使用。现有对大气压的测量普遍采用的是电容式绝压传感器，其需要密闭的真空腔，对传感器腔体的气密性要求较高。此种传感器可以测量压力的变化，但分辨率较低，不能满足高精度的压力测量要求。对于非真空密封的MEMS电容式绝压传感器，其腔体是处于某个压力值，其大小由理想气体状态方程可知PV＝mRT，这个压力依赖于温度值的大小，温度对腔体内的压力影响较大。现今许多可穿戴设备及其他特殊人工智能设备中，常常需要检测微小压力或微小高度的变化。在美国专利US9，188，497B2中公开了一种差压传感器，传感器采用开放式空腔的压阻式悬臂梁结构，具有较高的灵敏度和分辨率，可以检测微小压力的变化。但该传感器制作工艺较为复杂，同时易受到温度的影响。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种低成本的无需密闭真空腔的高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实时动态压力测量的电容式差压传感器的制作方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤S1、绘制单晶硅沟槽的图形，并制作出相应的掩膜版(300)；步骤S2、提供低电阻率的单晶硅衬底，利用甩胶机对单晶硅衬底(100)的上表面均匀地涂抹光刻胶，形成光刻胶层(200)；步骤S3、将掩膜版(300)上的图形利用光刻技术投影到光刻胶上，再利用深反应离子刻蚀DRIE将光刻胶上的图形刻蚀到单晶硅结构层，形成硅沟槽(301)，衬底中央区域(302)蚀刻出一定半径的圆形沟槽；步骤S4、高温无氧的环境下退火一段时间，单晶硅衬底(100)衬底表面的和沟槽上端的硅原子将发生迁移，使得沟槽表面能量最小化；此时，沟槽上的导...

【技术特征摘要】
1.一种实时动态压力测量的电容式差压传感器的制作方法，其特征在于，包含以下步骤：步骤S1、绘制单晶硅沟槽的图形，并制作出相应的掩膜版(300)；步骤S2、提供低电阻率的单晶硅衬底，利用甩胶机对单晶硅衬底(100)的上表面均匀地涂抹光刻胶，形成光刻胶层(200)；步骤S3、将掩膜版(300)上的图形利用光刻技术投影到光刻胶上，再利用深反应离子刻蚀DRIE将光刻胶上的图形刻蚀到单晶硅结构层，形成硅沟槽(301)，衬底中央区域(302)蚀刻出一定半径的圆形沟槽；步骤S4、高温无氧的环境下退火一段时间，单晶硅衬底(100)衬底表面的和沟槽上端的硅原子将发生迁移，使得沟槽表面能量最小化；此时，沟槽上的导角开始变圆，之后硅沟槽(301)开始慢慢封闭并形成掩埋的空腔(102)，而中央区域(302)的圆形沟槽在该退火后不会与其他硅片连接在一起，两边的沟槽深宽比达到一定比例时，沟槽上端的硅原子迁移将使沟槽上端形成完整的悬空感压膜硅层(105)，沟槽下端则留下空洞层即硅层中的体硅空腔(103)，中央区域(302)由于比较大不能在高温下与其他硅膜融合而形成开口圆孔(104)；步骤S5、在玻璃基底(400)上通过湿法刻蚀制作一定镂空的环形凹陷区域，再通过Au/Ti反应溅射法，将上电极(401)覆盖在玻璃凹陷区域，而玻璃基底(400)的凹陷区域周围则为下电极(402)；步骤S6、将步骤S5后的玻璃基底(400)上的下电极(402)与S4步骤形成的单晶硅衬底(100)通过阳极键合在一起，形成电容式差压传感器。2.根据权利要求1所述的一种实时动态压力测量的电容式差压传感器的制作方法，其特征在于，步骤S4中高温为1200℃的无氧的环境下退火15～30min。3.一种实时动态压力测量的电容式差压传感器，其特征在于，包括玻璃基底(400)和单晶硅衬底(100)；所述玻璃基底(400)表面开有镂空的环形凹陷区域，凹陷...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝秀春，汪赟，李宇翔，蒋纬涵，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32