MEMS传感器及电子设备制造技术

本发明专利技术公开了一种MEMS传感器及电子设备，敏感膜层包括敏感部、固定部；磁检测机构包括设置在所述敏感部上的磁体，还包括设置在固定部上且分别在X轴方向上位于磁体相对两侧的磁阻；两个磁阻的中心至磁体中心的距离相等，且两个磁阻的感测方向相同，均在X轴方向上；当所述敏感部在Z轴方向上振动时，其中一个磁阻的阻值变大，另一个磁阻的阻值变小，且变化量相同，二者构成了惠斯通电桥。本发明专利技术的传感器，容易控制磁体与磁阻的对准工艺，而且可以将磁铁、磁阻做得更小，实现了传感器的小型化发展，同时还易于提高传感器的检测性能。

MEMS Sensors and Electronic Equipment

The invention discloses a MEMS sensor and an electronic device, and the sensitive film layer comprises a sensitive part and a fixed part; the magnetic detection mechanism comprises a magnet arranged on the sensitive part, and also a magnetoresistance arranged on the fixed part and located on opposite sides of the magnet in the X-axis direction respectively; the distance between the center of the two magnetoresistance and the center of the magnet is equal. When the sensitive part vibrates in the Z-axis direction, the resistance value of one magnetoresistance increases, and the resistance value of the other magnetoresistance decreases, and the variation is the same. They constitute the Wheatstone bridge. The sensor of the invention can easily control the alignment process of magnet and magnetoresistance, and can make magnet and magnetoresistance smaller, realize the miniaturization development of the sensor, and at the same time, improve the detection performance of the sensor.

【技术实现步骤摘要】
MEMS传感器及电子设备
本专利技术涉及换能领域，更具体地，涉及一种MEMS传感器，以及应用此传感器的电子设备。
技术介绍
现有主流的传感器，例如麦克风、压力传感器、位移传感器等，均是通过平板电容器的原理进行检测。例如在麦克风的结构中，通常包括衬底以及形成在衬底上的背极板、振膜，其中，背极板与振膜之间具有间隙，使得背极板、振膜共同构成了平板式的电容器感测结构。这种结构的麦克风，由于空气粘度造成的间隙或穿孔中的空气流动阻力成为MEMS麦克风噪声的主导因素，从而会在一定程度上限制麦克风的高信噪比性能，最终会导致麦克的性能不佳。对于传统无背板的磁传感器结构，磁传感器和磁体分别放置在两个相对移动的平面上，声压会使振膜在平面外变形，从而改变GMR和磁体之间的间隙。这种结构的传感器，需要精确控制静止位置的间隙，另外还需要在两个平面上将磁体和GMR对齐，这对于半导体制造来说不容易。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种传感器的新技术方案。根据本专利技术的第一方面，提供了一种MEMS传感器，包括承载在衬底上且位于XY平面内的敏感膜层，所述敏感膜层包括敏感部，以及与敏感部分离的固定部；还包括设置在敏感部和固定部上的磁检测机构；所述磁检测机构包括设置在所述敏感部上的磁体，所述磁体的磁化方向在Z轴方向上；还包括设置在所述固定部上且分别在X轴方向上位于磁体相对两侧的磁阻；两个磁阻的中心至磁体中心的距离相等，且两个磁阻的感测方向相同，均在X轴方向上；或者是，所述磁检测机构包括设置在所述固定部上的磁体，所述磁体的磁化方向在Z轴方向上；还包括设置在所述敏感部上且分别在X轴方向上位于磁体相对两侧的磁阻；所述两个磁阻的中心至磁体中心的距离相等，且两个磁阻的感测方向相同，均在X轴方向上；当所述敏感部在Z轴方向上振动时，其中一个磁阻的阻值变大，另一个磁阻的阻值变小，且变化量相同，二者构成了惠斯通电桥。可选地，初始位置时，所述磁体的中心面与磁阻中的自由磁性层的中心面共面。可选地，磁阻的下表面与敏感膜层之间还设置有支撑层。可选地，磁体相对两侧的磁阻分别设置有多个，且两侧磁阻的数量及相对于磁体的距离一一对应。可选地，所述磁检测机构至少设置有两个，分别分布在敏感膜层相对的两侧。可选地，所述敏感部相对的两侧分别向外延伸出第一悬臂梁，所述磁检测机构设置在第一悬臂梁和固定部上。可选地，所述敏感部相对的两侧分别向外延伸出第一悬臂梁，在第一悬臂梁的自由端设置有第二悬臂梁；所述磁检测机构设置在第二悬臂梁和固定部上。可选地，还包括预弯机构，所述预弯机构包括敏感膜层上与敏感部、固定部分离的悬臂部，所述悬臂部设置有改变其自由端与敏感部之间在Z轴方向上相对位置的应力层；在所述悬臂部与敏感部之间施加有调整敏感部位置的静电力。可选地，所述敏感部悬置在衬底的后腔中，且其中一侧固定在衬底上；所述磁检测机构分布在远离敏感部与衬底固定的位置。可选地，所述敏感部悬置在衬底的后腔中，且其相对的两侧分别固定在衬底上；所述磁检测机构分布在敏感部的中部位置。可选地，所述MEMS传感器为MEMS压力传感器、MEMS气体传感器、MEMS麦克风、MEMS温度传感器、MEMS湿度传感器或者MEMS位移传感器。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种电子设备，包括上述的MEMS传感器。本专利技术的传感器，磁体、磁阻位于同一平面内，通过Z轴方向上的位移来实现磁阻电信号的检测，并最终通过磁体相对两侧的磁阻构成惠斯通电桥。这种传感器在制造的时候，容易控制磁体与磁阻的对准工艺，而且可以将磁铁、磁阻做得更小，实现了传感器的小型化发展，同时还易于提高传感器的检测性能。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。附图说明被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本专利技术的原理。图1是本专利技术磁阻的检测原理图。图2是本专利技术多磁阻与磁体的配合示意图。图3是本专利技术传感器的结构示意图。图4是本专利技术预弯机构与敏感部的配合示意图。图5是本专利技术传感器第一实施方式的结构示意图。图6是本专利技术传感器第二实施方式的结构示意图。图7是本专利技术传感器第三实施方式的结构示意图。图8a至图8h是本专利技术传感器的制造工艺流程图。图9a是图2所示实施例中磁场分布的仿真图。图9b是图9a中示意磁阻线性检测区域的放大图。具体实施方式现在将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。本专利技术提供的MEMS传感器，可以是MEMS压力传感器、MEMS气体传感器、MEMS麦克风、MEMS温度传感器、MEMS湿度传感器、MEMS位移传感器，或者是本领域技术人员所熟知的其它传感器。例如当应用到压力传感器中时，敏感膜对外界的压力敏感，外界压力的变化会驱动敏感膜发生形变。当应用到位移传感器中时，可以设置一驱动杆与敏感膜连接在一起，通过驱动杆推动敏感膜发生形变，在此不再一一列举。本专利技术还提供了一种应用上述MEMS传感器的电子设备，该电子设备可以是手机、平板电脑、智能手环、智能眼镜等本领域技术人员所熟知的智能设备。为了便于描述，现以MEMS麦克风为例，对本专利技术的技术方案进行详尽的描述。本专利技术提供的一种MEMS传感器，包括承载在衬底上且位于平面内的敏感膜层，敏感膜层包括敏感部，以及与敏感部分离的固定部。在固定部与敏感部上设置磁检测机构，当外界的声音作用到敏感部上后，敏感部在垂直于其表面的方向上振动，以使磁检测机构输出变化的电信号。具体地，参考图3，固定部1a和敏感部1b从同一敏感膜层分离出来，该敏感膜层在MEMS制造工艺中，是同时沉积在衬底上，并可通过刻蚀间隙7的工艺分离开。其中，敏感部1b的部分边缘可连接在衬底上，其它部分可悬置在衬底(图3未示出)上，使其对外界声音敏感。该蚀刻的间隙7还利于敏感部1b两侧的均压。固定部1a则连接在衬底(图3未示出)上，其对外界的声音不敏感。在MEMS制造工艺中，在敏感膜层未释放之前，敏感膜层处于同一水平面上。例如在三轴坐标系中，敏感膜层处于XY平面内。磁检测机构包括设置在敏感部1b上的磁体6，磁体6的磁化方向在Z轴方向上。磁体6可以是磁性薄膜的形式，磁性薄膜可以直接采用磁性材质，也可以是形成薄膜后对该薄膜进行磁化。在本专利技术一个具体的实施方式中，磁性薄膜可以采用CoCrPt或者CoPt材质。该磁体6可以通过沉积或者本领域技术人员所熟知的其它手段形成在敏感部1b上，在此对其不再具体说明。磁检测机构还包括设置在固定部1a上且分别在X轴方向上位于磁体6相对两侧的磁阻3。磁阻3优选采用巨磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS传感器，其特征在于：包括承载在衬底上且位于XY平面内的敏感膜层，所述敏感膜层包括敏感部，以及与敏感部分离的固定部；还包括设置在敏感部和固定部上的磁检测机构；所述磁检测机构包括设置在所述敏感部上的磁体，所述磁体的磁化方向在Z轴方向上；还包括设置在所述固定部上且分别在X轴方向上位于磁体相对两侧的磁阻；两个磁阻的中心至磁体中心的距离相等，且两个磁阻的感测方向相同，均在X轴方向上；或者是，所述磁检测机构包括设置在所述固定部上的磁体，所述磁体的磁化方向在Z轴方向上；还包括设置在所述敏感部上且分别在X轴方向上位于磁体相对两侧的磁阻；所述两个磁阻的中心至磁体中心的距离相等，且两个磁阻的感测方向相同，均在X轴方向上；当所述敏感部在Z轴方向上振动时，其中一个磁阻的阻值变大，另一个磁阻的阻值变小，且变化量相同，二者构成了惠斯通电桥。

【技术特征摘要】
1.一种MEMS传感器，其特征在于：包括承载在衬底上且位于XY平面内的敏感膜层，所述敏感膜层包括敏感部，以及与敏感部分离的固定部；还包括设置在敏感部和固定部上的磁检测机构；所述磁检测机构包括设置在所述敏感部上的磁体，所述磁体的磁化方向在Z轴方向上；还包括设置在所述固定部上且分别在X轴方向上位于磁体相对两侧的磁阻；两个磁阻的中心至磁体中心的距离相等，且两个磁阻的感测方向相同，均在X轴方向上；或者是，所述磁检测机构包括设置在所述固定部上的磁体，所述磁体的磁化方向在Z轴方向上；还包括设置在所述敏感部上且分别在X轴方向上位于磁体相对两侧的磁阻；所述两个磁阻的中心至磁体中心的距离相等，且两个磁阻的感测方向相同，均在X轴方向上；当所述敏感部在Z轴方向上振动时，其中一个磁阻的阻值变大，另一个磁阻的阻值变小，且变化量相同，二者构成了惠斯通电桥。2.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于：初始位置时，所述磁体的中心面与磁阻中的自由磁性层的中心面共面。3.根据权利要求2所述的MEMS传感器，其特征在于：磁阻的下表面与敏感膜层之间还设置有支撑层。4.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于：磁体相对两侧的磁阻分别设置有多个，且两侧磁阻的数量及相对于磁体的距离一一对应。5.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其特征在于：所述磁检测机构至少设置有两个，分别分布在敏感膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹泉波，冷群文，
申请(专利权)人：歌尔股份有限公司，北京航空航天大学青岛研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37