一种非接触式电场测量传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种非接触式电场测量传感器，包括压敏电阻器、半导体薄膜、玻璃层、压电材料晶体和基底，所述压敏电阻器设置在半导体薄膜上，所述压电材料晶体内嵌于玻璃层中，所述玻璃层设有空气穴，所述基底上设有压电材料晶体和玻璃层。通过使用本发明专利技术，可以准确获取电场信息。本发明专利技术作为一种非接触式电场测量传感器，可广泛应用于传感器芯片领域。可广泛应用于传感器芯片领域。可广泛应用于传感器芯片领域。

【技术实现步骤摘要】
一种非接触式电场测量传感器


[0001]本专利技术涉及传感器芯片领域，尤其涉及一种非接触式电场测量传感器。

技术介绍

[0002]压电传感器的滞回特性给压电材料晶体在多变电场中的使用带来了不便，难以精准测量在电场下材料的应变或应力也使其难以在实际电网测量中投入使用。压阻式传感器线性检测区间较小，且大多数压阻传感器不能感知受力方向，另外压阻式传感器对瞬时信号突变不敏感，在感知静态信息和缓慢信号时相应时间较长。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种非接触式电场测量传感器，可以准确获取电场信息。
[0004]本专利技术所采用的第一技术方案是：一种非接触式电场测量传感器，包括压敏电阻器、半导体薄膜、玻璃层、压电材料晶体和基底，所述压敏电阻器设置在半导体薄膜上，所述压电材料晶体内嵌于玻璃层中，所述玻璃层设有空气穴，所述基地上设有压电材料晶体和玻璃层。
[0005]进一步，所述压电材料晶体的高度与玻璃层的高度相同。
[0006]进一步，所述半导体薄膜的表面形状为正方形，所述压电材料晶体的表面形状为正方形，所述半导体薄膜边长大于压电材料晶体边长。
[0007]进一步，所述玻璃层由四块金字塔状玻璃组成，所述四块金字塔状玻璃分别位于压电材料晶体的四侧。
[0008]进一步，所述基底采用单晶硅制成。
[0009]进一步，所述压电材料晶体采用氧化锌制成。
[0010]进一步，所述压电材料晶体的边长为400μm，所述压电材料晶体的高度为350μm，所述半导体薄膜的边长为1000μm，所述半导体薄膜的高度为20μm，所述压敏电阻器的长度为210μm，所述压敏电阻器的宽度为140μm，所述压敏电阻器的高度为20μm。
[0011]进一步，以压电材料晶体的中心点为原点构建坐标系，所述压敏电阻器的位置为坐标(0，200，170)。
[0012]进一步，所述半导体薄膜采用N型掺杂和P型掺杂过的半导体硅材料，所述压敏电阻采用N型掺杂和P型掺杂过的半导体硅材料。
[0013]本专利技术的有益效果是：本专利技术通过压电材料晶体在电场下产生厚度、长度及宽度上的尺寸变化，产生作用力带动半导体薄膜产生形变，从而改变电阻，通过测量该电阻值得到压电材料晶体所处的电场情况。
附图说明
[0014]图1是本专利技术一种非接触式电场测量传感器X
‑
Z平面的结构示意图；
[0015]图2是本专利技术一种非接触式电场测量传感器X
‑
Y平面的结构示意图；
[0016]图3是本专利技术一种半导体薄膜表面应变分量沿x轴的分布示意图；
[0017]图4是本专利技术具体实施例压电材料晶体边长d1＝400μm时，半导体薄膜表面应变分量沿x轴的分布示意图；
[0018]图5是本专利技术具体实施例压电材料沿x轴中的位移与薄膜表面应变分量沿x轴的分布示意图；
[0019]图6是本专利技术具体实施例压电材料晶体不同高度下半导体薄膜产生应变的示意图；
[0020]图7是本专利技术具体实施例压电材料晶体不同高度下半导体薄膜产生位移的示意图；
[0021]图8是本专利技术具体实施例半导体薄膜不同厚度下半导体薄膜在稳态电场中的应变示意图；
[0022]图9是本专利技术具体实施例半导体薄膜不同厚度下半导体薄膜在稳态电场中的形变示意图；
[0023]图10是本专利技术具体实施例坐标系构建示意图；
[0024]图11是本专利技术具体实施例模型中y＝0薄膜沿x轴的应变张量示意图；
[0025]图12是本专利技术具体实施例在薄膜边界定沿y轴的应变张量示意图；
[0026]图13是本专利技术具体实施例压敏电阻器贴片放置处的示意图。
[0027]附图标记：1、压敏电阻器；2、半导体薄膜；3、玻璃层；4、压电材料晶体；5、基底。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的详细说明。对于以下实施例中的编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对之间的顺序不做任何限定，实施例中的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
[0029]参照图1和图2，本专利技术提供了一种非接触式电场测量传感器，包括压敏电阻器、半导体薄膜、玻璃层、压电材料晶体和基底，所述压敏电阻器设置在半导体薄膜上，所述压电材料晶体内嵌于玻璃层中，所述玻璃层设有空气穴，所述基底上设有压电材料晶体和玻璃层。
[0030]具体地，玻璃层有空气穴，为薄膜的振动提供足够的空间，所述基底用于支持玻璃和压电材料晶体下表面进行可靠固定，使压电材料晶体沿z轴正方向形变，将应力应变最大限度传导至半导体薄膜，提高传感器的测量精度。
[0031]进一步作为优选实施例，所述压电材料晶体的高度与玻璃层的高度相同。
[0032]进一步作为优选实施例，所述半导体薄膜的表面形状为正方形，所述压电材料晶体的表面形状为正方形，所述半导体薄膜边长大于压电材料晶体边长。
[0033]进一步作为优选实施例，所述玻璃层由四块金字塔状玻璃组成，所述四块金字塔状玻璃分别位于压电材料晶体的四侧。
[0034]具体地，金字塔状玻璃对压电材料晶体进行固定。
[0035]进一步作为优选实施例，所述基底采用单晶硅制成。
[0036]进一步作为优选实施例，所述压电材料晶体采用氧化锌制成。
[0037]进一步作为优选实施例，所述压电材料晶体的边长为400μm，所述压电材料晶体的高度为350μm，所述半导体薄膜的边长为1000μm，所述半导体薄膜的高度为20μm，所述压敏电阻器的长度为210μm，所述压敏电阻器的宽度为140μm，所述压敏电阻器的高度为20μm。
[0038]保持压电材料晶体高度h1＝300μm，半导体薄膜高度h2＝20μm，改变压电材料晶体边长d1，从d1＝350μm开始，步长50μm，到d1＝800μm终止，进行稳态研究，得出不同压电材料边长器件在稳态电场中的应变及形变等结果，得出结果为1)参照图3，应变分量从薄膜中心向压电材料边界增加；2)参照图4，d1＝400μm时应变量最高点在压电材料边界附近，在玻璃气穴(即金字塔状玻璃层处)中心附近应变值下降至0，后面应变值皆为负数直至半导体薄膜边界处应变消失。d1<500μm时，半导体薄膜沿x轴的应变分量随压电材料边长的增加先增大后减小，在d1＝400μm出处取到最大值，500μm≤d1≤750μm时，同样随着d1增加，应变分量先增加后减少，在650μm取得最大值(但应变分量与d1＝400μm相差不大)，之后在所有扫描过的d1参数中，d1＝800μm的应变分量是最大的。3)参照图5，电场中不同边长的压电材料沿x轴中的位移与薄膜表面应变分量沿x轴的分布对应，在薄膜中心处，由于应变为负，均为向下凹陷形状，接近压电材料边沿交界处位移最大，也与应变量的变化相对应。
[0039]压电材料晶体所有边长中半导体薄膜的最大形变位移差异并不大，应变分布本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非接触式电场测量传感器，其特征在于，包括压敏电阻器、半导体薄膜、玻璃层、压电材料晶体和基底，所述压敏电阻器设置在半导体薄膜上，所述压电材料晶体内嵌于玻璃层中，所述玻璃层设有空气穴，所述基底上设有压电材料晶体和玻璃层。2.根据权利要求1所述一种非接触式电场测量传感器，其特征在于，所述压电材料晶体的高度与玻璃层的高度相同。3.根据权利要求1所述一种非接触式电场测量传感器，其特征在于，所述半导体薄膜的表面形状为正方形，所述压电材料晶体的表面形状为正方形，所述半导体薄膜边长大于压电材料晶体边长。4.根据权利要求1所述一种非接触式电场测量传感器，其特征在于，所述玻璃层由四块金字塔状玻璃组成，所述四块金字塔状玻璃分别位于压电材料晶体的四侧。5.根据权利要求1所述一种非接触式电场测量传感器，其特征在于，所述基底采用单晶硅制成。6.根据权利要求1所述一种非接触式电场测量传感器，其特征在于，所述压电材料晶体采用氧化锌制成。7.根据权利要求1所述一种非接触式电场测量传感器，其特征在于，所述压电材料晶体的边长为400μm，所述压电材料晶体的高度为350μm，所述半导体薄膜的边长为1000μm，所述半导体薄膜的高度为20μm，所述压敏电阻器的长度为210μm，所述压敏电阻器的宽度为140μm，所述压敏电阻器的高度为20μm。8.根据权利要求1所述一种非接触式电场测量传感器，其特征在于，以压电材料晶体的中心点为原点构建坐标系，所述压敏电阻器...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗兵，王婷婷，刘国特，叶远浩，梁铭涵，周锦辉，文湧华，宋国梁，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：