带有波纹膜片的传感器制造技术

一种传感器包括：基板；和从基板偏移的波纹膜片。波纹膜片被配置为响应于撞击在波纹膜片上的声波而挠曲。在波纹膜片和基板之间限定腔，波纹膜片形成腔的顶表面，基板形成腔的底表面。腔内的压力低于腔外的压力。表面。腔内的压力低于腔外的压力。表面。腔内的压力低于腔外的压力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有波纹膜片的传感器

技术介绍

[0001]在诸如麦克风或压力转换器(transducer)的压力传感器中，施加到传感器的检测结构的压力(例如声波)导致柔性膜片的挠曲。膜片的挠曲可以通过挠曲结构的电容变化来检测，或者可以使用光学方法来检测。检测到的挠曲可以被转换成输出信号，例如电压信号。

技术实现思路

[0002]在一个方面，一种传感器包括基板；和从基板偏移的波纹膜片。波纹膜片被配置为响应于撞击在波纹膜片上的声波而挠曲(deflect)。在波纹膜片和基板之间限定腔，波纹膜片形成腔的顶表面，基板形成腔的底表面。腔内的压力低于腔外的压力。
[0003]实施例可以包括一个或多个以下特征。
[0004]波纹膜片包括膜。
[0005]波纹膜片包括板。
[0006]传感器包括电路，该电路被配置为能够基于波纹膜片的挠曲产生电信号。
[0007]波纹膜片包括导电膜片。基板包括电极。该传感器包括电路，该电路被配置为能够基于波纹膜片和基板的电极之间的电压产生电信号。该传感器包括电压源，该电压源被配置为在膜片和基板的电极之间施加偏置电压。
[0008]面向基板的波纹膜片的表面是反射性的。该基板包括：
[0009]光源，其定位成照射波纹膜片的反射表面；以及检测器，被配置为基于从波纹膜片的反射表面反射的光产生电信号。
[0010]波纹膜片的厚度在0.1μm和1μm之间。
[0011]基板和波纹膜片之间的腔高度在10nm和10μm之间，例如在50nm和1μm之间。
[0012]腔是气密密封的。
[0013]腔处于接近真空的压力下。
[0014]波纹膜片在施加的压力和挠曲度之间呈现基本线性的关系。
[0015]波纹膜片中的残余应力在1MPa和1GPa之间。
[0016]波纹膜片的共振频率是音频范围。
[0017]波纹膜片的波纹轮廓因子在1和24之间。
[0018]波纹膜片包括多个同心波纹。
[0019]波纹膜片包括以膜的中心为中心的波纹。
[0020]传感器包括麦克风。
[0021]传感器包括转换器。
[0022]传感器包括压力传感器。
[0023]在一个方面，一种方法包括响应于撞击在传感器的波纹膜片上的声波使波纹膜片挠曲到腔中。腔的顶表面由波纹膜片限定，腔的底表面由传感器的基板限定。腔内的压力低于腔外的压力。该方法包括基于波纹膜片的挠曲产生电信号。
[0024]实施例可以包括一个或多个以下特征。
[0025]基于波纹膜片的挠曲产生电信号包括基于波纹膜片和基板的电极之间的电压产生电信号。
[0026]基于波纹膜片的挠曲产生电信号包括照射波纹膜片的反射表面；以及基于从波纹膜片的反射表面反射的光产生电信号。
[0027]一方面，一种制造传感器的方法包括形成偏离基板的波纹膜片，波纹膜片的厚度足以使波纹膜片响应于撞击在波纹膜片上的声波而挠曲；以及在波纹膜片和基板之间限定腔，波纹膜片形成腔的顶表面，基板形成腔的底表面，腔被气密密封在其中。
[0028]实施例可以包括一个或多个以下特征。
[0029]该方法包括在基板上形成电极。该方法包括将波纹膜片和基板上的电极耦合到电路。
[0030]该方法包括在基板上形成光源和光电探测器。
[0031]形成波纹膜片包括通过互补金属氧化物半导体(complementary metal
–
oxide
–
semiconductor，CMOS)制造工艺形成波纹膜片。在波纹膜片和基板之间限定腔包括通过蚀刻工艺去除设置在波纹膜片和基板之间的绝缘层。
[0032]形成波纹膜片包括通过微机电系统(microelectromechanical systems，MEMS)制造工艺形成波纹膜片。
[0033]形成波纹膜片包括形成厚度在0.1μm和1μm之间的波纹膜片。
[0034]在波纹膜片和基板之间限定腔包括形成高度在1nm和10μm之间，例如在50nm和1μm之间的腔。
[0035]形成波纹膜片包括形成具有多个同心波纹的膜片。
[0036]形成波纹膜片包括形成具有以膜片的中心为中心的波纹的膜片。
[0037]这里描述的方法可以具有以下一个或多个优点。带有接近真空后腔的传感器(如麦克风)可以具有高信噪比和对低强度压力波动(如低强度声音)的高灵敏度。传感器的启动时间和响应时间几乎是即时的。这些传感器可以抵御污染物和环境条件(如温度或湿度)的波动。传感器可以使用成熟、廉价的工艺(例如互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺)制造，并且该工艺可以实现对膜片的几何形状的高水平控制，从而控制传感器的性能。传感器可以相对紧凑，具有较小的高度后容积，并且可以在没有外部包装的情况下工作。
附图说明
[0038]图1和图2是传感器的图。
[0039]图3A
‑
3D是示例波纹构造的图。
[0040]图4是波纹膜片和非波纹膜片的压力
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挠曲度曲线的曲线图。
[0041]图5是机械灵敏度相对于波纹几何形状的曲线图。
[0042]图6是波纹钨膜片的压力
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挠曲度曲线的曲线图。
[0043]图7是共振频率相对于波纹轮廓因子的曲线图。
[0044]图8是传感器的图。
[0045]图9A
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9D是传感器制造工艺的横截面。
[0046]图10A
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10C是波纹膜片制造工艺的横截面。
具体实施方式
[0047]这里描述的传感器，如麦克风，具有高信噪比和对小压力波动的高灵敏度。传感器可以包括波纹膜片，该膜片响应于施加的压力(例如声音)而朝向基板挠曲。膜片和基板之间的腔是密封的，并且可以处于接近真空的压力下，使得膜片能够响应所施加压力的微小变化。膜片是有波纹的，这使得膜片能够承受外部压力和腔中接近真空的压力之间的大压差，减小膜片上的残余应力，并提高膜片的机械灵敏度和线性度。
[0048]参考图1，示例麦克风100包括通过侧壁106与背板104分开的膜片102。声压(例如声音)108撞击在膜片102上，导致膜片102朝向背板104挠曲。膜片102的挠曲例如通过电容或光学检测来检测，并通过电路转换成输出电压信号。孔110可以形成在背板104(如图所示)、一个或多个侧壁106或以上两者中，以从限定在膜片102和背板104之间的腔112释放压力。孔110可以允许空气流过麦克风，呈现声阻并在麦克风100产生的电压信号中导致声噪声。
[0049]图2示出了低噪声电容麦克风200的示例。虽然我们在麦克风的上下文中描述了图2，但是类似的结构也可以用于其他类型的电容传感器，例如其他类型的音频传感器、压力传感器、转换器(例如，电容微机械超声转换器(capacitive micromachined ultrasonic transduce本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种传感器，包括:基板；和波纹膜片，从所述基板偏移，所述波纹膜片被配置为响应于撞击在所述波纹膜片上的声波而挠曲；以及其中在所述波纹膜片和所述基板之间限定腔，所述波纹膜片形成所述腔的顶表面，所述基板形成所述腔的底表面，其中所述腔中的压力低于所述腔外的压力。2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述波纹膜片包括膜。3.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述波纹膜片包括板。4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，包括被配置为能够基于所述波纹膜片的挠曲产生电信号的电路。5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述波纹膜片包括导电膜片。6.根据权利要求5所述的传感器，其中所述基板包括电极。7.根据权利要求6所述的传感器，包括电路，所述电路被配置为能够基于所述波纹膜片和所述基板的所述电极之间的电压产生电信号。8.根据权利要求6或7所述的传感器，包括电压源，所述电压源被配置为在所述膜片和所述基板的所述电极之间施加偏置电压。9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中面向所述基板的所述波纹膜片的表面是反射性的。10.根据权利要求9所述的传感器，其中所述基板包括：光源，被定位成照射所述波纹膜片的反射表面；和检测器，被配置为基于从所述波纹膜片的所述反射表面反射的光产生电信号。11.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述波纹膜片的厚度在0.1μm和1μm之间。12.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述基板和所述波纹膜片之间的所述腔的高度在10nm和10μm之间。13.根据权利要求12所述的传感器，其中所述腔的高度在50nm和1μm之间。14.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述腔是气密密封的。15.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述腔处于接近真空的压力下。16.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述波纹膜片在所施加的压力和挠曲度之间呈现基本线性的关系。17.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述波纹膜片中的残余应力在1MPa和1GPa之间。18.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述波纹膜片的共振频率是音频范围。19.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述波纹膜片的波纹轮廓因子在1和24之间。20.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述波纹膜片包括多个同心波纹。21.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述波纹膜片包括以膜的中心为中心的波纹。
22.根据前述权利要求中任一项所述的传感器，其中所述传感器包括麦克风。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：G斯托贾诺维奇，C斯蒂尔，S米勒，T弗罗利赫，
申请(专利权)人：ams有限公司，
类型：发明
国别省市：