一种复合式MEMS真空规及其制作方法技术

本申请涉及真空计量技术领域，具体而言，涉及一种复合式MEMS真空规及其制作方法，所示真空规包括MEMS电容薄膜真空规和MEMS皮拉尼真空规，其中：电容薄膜真空规和皮拉尼真空规设置在同一硅基底上；电容薄膜真空规包括真空参考腔和电容间隙，真空参考腔与电容间隙之间的硅基底上设置有感压薄膜，电容间隙内设置有固定电极；皮拉尼真空规包括承载膜、压敏电阻、引出电极以及参考电阻，承载膜设置在硅基底上，下方设置有腔体，压敏电阻设置在承载膜上，引出电极和参考电阻均设置在硅基底上，压敏电阻和参考电阻均与引出电极连接。本申请结合MEMS电容薄膜真空规和MEMS皮拉尼真空规，采用一个传感器就可以同时精确测量待测气体的真空压力和待测气体的种类。空压力和待测气体的种类。空压力和待测气体的种类。

【技术实现步骤摘要】
一种复合式MEMS真空规及其制作方法


[0001]本申请涉及真空计量
，具体而言，涉及一种复合式MEMS真空规及其制作方法。

技术介绍

[0002]电容式真空规具有精度高、线性度好、重复性好、长期稳定性好等特点。它可以测量气体或蒸汽的总压力，测量结果与气体成分和类型无关。皮拉尼真空规具有制作简单，压力测量结果与气体成分相关的特点。这两种真空规同时使用，可以利用电容真空规的特点获得待测气体的精确压力，而利用皮拉尼真空规可以分辨待测气体的成分，这种组合可以实现气体的精确压力测量以及定性测量，对于单一气体，可以实现质谱计的测量效果。微机电系统(MEMS)技术的发展使电容式真空规和皮拉尼真空规能够集成在同一芯片上，实现微小化和集成化。

技术实现思路

[0003]本申请提供了一种复合式MEMS真空规及其制作方法，能够实现1
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105Pa范围内绝对真空度的测量，同时能够分辨待测气体的种类。
[0004]为了实现上述目的，本申请提供了一种复合式MEMS真空规，包括MEMS电容薄膜真空规和MEMS皮拉尼真空规，其中：MEMS电容薄膜真空规和MEMS皮拉尼真空规设置在同一硅基底上；MEMS电容薄膜真空规包括真空参考腔和电容间隙，真空参考腔与电容间隙之间的硅基底上设置有感压薄膜，电容间隙内设置有固定电极；MEMS皮拉尼真空规包括承载膜、压敏电阻、引出电极以及参考电阻，承载膜设置在硅基底上，下方设置有腔体，压敏电阻设置在承载膜上，引出电极和参考电阻均设置在硅基底上，压敏电阻和参考电阻相互连接，压敏电阻和参考电阻均与引出电极连接。
[0005]进一步的，真空参考腔由上盖玻璃和硅基底在高真空环境下通过阳极键合形成。
[0006]进一步的，MEMS电容薄膜真空规还包括固定电极引出焊盘和薄膜电极引出焊盘，用于引出电容信号。
[0007]进一步的，参考电阻上方设置有电阻覆盖玻璃，电阻覆盖玻璃与硅基底进行阳极键合。
[0008]进一步的，还包括基底玻璃，基底玻璃设置在硅基底下方，与硅基底进行阳极键合。
[0009]进一步的，感压薄膜和承载膜均为正方形硅薄膜，感压薄膜的四角进行圆角化处理。
[0010]进一步的，固定电极的材料为铝，压敏电阻和参考电阻的材料为金属镍。
[0011]此外，本申请还提供了一种复合式MEMS真空规制作方法，包括如下步骤：步骤1：选用SOI作为基底的材料，采用光刻的方式在SOI背面获得感压薄膜以及承载膜的图形，再采用干法刻蚀得到电容间隙和腔体；步骤2：选取BF33玻璃作为基底玻璃，并采用光刻的方式
获得固定电极图形，采用磁控溅射和电极剥离技术得到固定电极；步骤3：采用阳极键合将SOI片和基底玻璃进行键合，完成键合后的基底晶片再进行另一面的光刻获得真空参考腔的图形，通过腐蚀得到真空参考腔；步骤4：对完成腐蚀的基底晶片进行光刻，获得压敏电阻、参考电阻和引出电极的图形，采用磁控溅射以及电极剥离技术得到压敏电阻、参考电阻和引出电极，将电阻覆盖玻璃与硅基底进行阳极键合从而完成对参考电阻的完全覆盖；步骤5：在高真空环境下，将上盖玻璃与硅基底进行阳极键合，获得具有高真空度的真空参考腔；步骤6：对整个基底晶片进行划片，得到单独的复合式MEMS真空规，通过铝丝压焊将真空规电极引出到电路板上，完成复合式MEMS真空规的制作。
[0012]本专利技术提供的一种复合式MEMS真空规及其制作方法，具有以下有益效果：
[0013]本申请结合MEMS电容薄膜真空规和MEMS皮拉尼真空规，采用一个传感器就可以同时精确测量待测气体的真空压力和待测气体的种类，和具有相同功能的质谱计相比，本申请结构更小，成本更低，MEMS电容薄膜真空规和MEMS皮拉尼真空规集成在同一硅基底上，可以采用同一套工艺进行同时制作，提高加工了效率，节约了成本。
附图说明
[0014]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0015]图1是根据本申请实施例提供的复合式MEMS真空规的结构示意图；
[0016]图2是根据本申请实施例提供的复合式MEMS真空规的A
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A的剖视图；
[0017]图3是根据本申请实施例提供的复合式MEMS真空规校准时，校准气体为氮气时的测试图；
[0018]图4是根据本申请实施例提供的复合式MEMS真空规校准时，校准气体为二氧化碳时的测试图；
[0019]图中：1
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压敏电阻、2
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MEMS皮拉尼真空规、3
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MEMS电容薄膜真空规、4
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感压薄膜、5
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引出电极、6
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参考电阻、7
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电阻覆盖玻璃、8
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固定电极引出焊盘、9
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薄膜电极引出焊盘、10
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硅基底、11
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承载膜、12
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真空参考腔、13
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上盖玻璃、14
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基底玻璃、15
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腔体、16
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固定电极、17
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电容间隙。
具体实施方式
[0020]为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0021]需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的
过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0022]在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
[0023]并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合式MEMS真空规，其特征在于，包括MEMS电容薄膜真空规和MEMS皮拉尼真空规，其中：所述MEMS电容薄膜真空规和所述MEMS皮拉尼真空规设置在同一硅基底上；所述MEMS电容薄膜真空规包括真空参考腔和电容间隙，所述真空参考腔与所述电容间隙之间的硅基底上设置有感压薄膜，所述电容间隙内设置有固定电极；所述MEMS皮拉尼真空规包括承载膜、压敏电阻、引出电极以及参考电阻，所述承载膜设置在硅基底上，下方设置有腔体，所述压敏电阻设置在所述承载膜上，所述引出电极和所述参考电阻均设置在硅基底上，所述压敏电阻和所述参考电阻相互连接，所述压敏电阻和所述参考电阻均与所述引出电极连接。2.根据权利要求1所述的复合式MEMS真空规，其特征在于，所述真空参考腔由上盖玻璃和硅基底在高真空环境下通过阳极键合形成。3.根据权利要求1所述的复合式MEMS真空规，其特征在于，所述MEMS电容薄膜真空规还包括固定电极引出焊盘和薄膜电极引出焊盘，用于引出电容信号。4.根据权利要求1所述的复合式MEMS真空规，其特征在于，所述参考电阻上方设置有电阻覆盖玻璃，所述电阻覆盖玻璃与硅基底进行阳极键合。5.根据权利要求1所述的复合式MEMS真空规，其特征在于，还包括基底玻璃，所述基底玻璃设置在硅基底下方，与硅基底进行阳极键合。6.根据权利要求1所述的复合式MEM...

【专利技术属性】
技术研发人员：李刚，李得天，张虎忠，成永军，孙雯君，郭美如，任正宜，葛金国，赵澜，陈会颖，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：