一种谐振式压力传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种谐振式压力传感器及其制备方法，谐振式压力传感器包括：器件层

【技术实现步骤摘要】
一种谐振式压力传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及压力传感器
，尤其涉及一种谐振式压力传感器及其制备方法
。

技术介绍

[0002]压力传感器在航空航天
、
智能制造
、
汽车电子等领域中扮演着重要角色，其用于准确测量气体或液体中的压力参数
。
如在汽车电子领域，压力传感器在汽车工程中起到至关重要的作用，特别是在汽车胎压监测系统（
Tire pressure monitoring system, TPMS
）中的应用
。
[0003]传统电容式压力传感器通过检测压缩或拉伸电容膜片引起形变所产生的电信号来测量外界压力，但膜片在长期压缩和拉伸的情况下难以延长使用寿命
。
微机械电子系统
( Microelectromechanical systems, MEMS)
谐振式压力传感器具有体积小
、
精度高
、
抗干扰能力强等优点
。
[0004]当前，多数谐振式硅微机械压力传感器采用梁膜一体化设计，其谐振器通过锚点固定在压力敏感膜表面
。
当外部压力作用于其上时，压力敏感膜发生变形，并将产生的应力传递至谐振器
。
在应力的影响下，谐振器的固有频率发生变化，通过监测频率的变化，可以间接测量压力的大小
。
而压力敏感膜片需要低压密封封装，且在工作中承受较大应力，导致器件的使用寿命和稳定性较差
>。
此外，需要额外的校准程序来确定环境的绝对压力水平
。
与此同时，当前谐振式压力传感器的测量灵敏度仍然较低
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种谐振式压力传感器及其制备方法，以提高器件的使用寿命
、
稳定性和测量灵敏度，无需额外的校准程序，即可精确测量环境的绝对压力水平
。
[0006]根据本专利技术的一方面，提供了一种谐振式压力传感器，包括：
[0007]依次层叠设置的基底层
、
第一电极层
、
压电层和第二电极层；
[0008]基底层包括依次层叠设置的衬底层
、
埋氧层和器件层，器件层位于埋氧层邻近第一电极层的一侧；衬底层包括第一通孔，埋氧层包括第二通孔，第二通孔在衬底层的垂直投影与第一通孔重合；第一通孔和第二通孔即为空腔结构；
[0009]器件层
、
第一电极层
、
压电层和第二电极层均包括第一区域
、
第二区域和第三区域，第一区域通过第三区域与第二区域连接；第一区域和第三区域的器件层
、
第一电极层
、
压电层和第二电极层在埋氧层的垂直投影位于空腔结构内，第二区域的器件层
、
第一电极层
、
压电层和第二电极层依次层叠设置在埋氧层的表面；且第一区域和第二区域之间存在空隙；
[0010]第一区域包括第一谐振器结构和第二谐振器结构，以及连接第一谐振器结构和第二谐振器结构的垂直立式膜；垂直立式膜在衬底层上的垂直投影的形状为弧形；第一谐振器结构和第二谐振器结构均包括器件层
、
第一电极层
、
压电层和第二电极层，垂直立式膜包
括器件层
、
第一电极层和压电层；第一谐振器结构和第二谐振器结构的尺寸相同，垂直立式膜在衬底层的垂直投影的弧长是第一谐振器结构的长度的
n
倍，
n
优选为正整数
。
[0011]可选的，空腔结构包括第四区域
、
第五区域和第六区域；其中，第五区域在衬底层的垂直投影的形状为拱形，第四区域和第六区域位于拱形的两个端部；
[0012]第一谐振器结构和第二谐振器结构以与谐振器结构的宽度方向平行的中心线为对称轴对称设置；第一谐振器结构在衬底层上的垂直投影位于第四区域内，第二谐振器结构在衬底层上的垂直投影位于第六区域内；垂直立式膜在衬底层上的垂直投影位于第五区域内，垂直立式膜在衬底层的垂直投影的形状为弧形；垂直立式膜的两端分别连接第一谐振器结构邻近第五区域的一侧和第二谐振器结构邻近第五区域的一侧；
[0013]优选的，垂直立式膜在衬底层的垂直投影的形状为半圆的圆弧形
。
[0014]可选的，空腔结构在衬底层的垂直投影的形状为拱形；
[0015]第一谐振器结构和第二谐振器结构以与谐振器结构的长度方向平行的中心线为对称轴对称设置；第一谐振器结构和第二谐振器结构在衬底层上的垂直投影均位于拱形的两个端部，垂直立式膜在衬底层的垂直投影的形状为弧形；
[0016]垂直立式膜的两端分别连接第一谐振器结构远离第二谐振器结构的一侧和第二谐振器结构远离第一谐振器结构的一侧；或者，垂直立式膜的两端分别连接第一谐振器结构邻近第二谐振器结构的一侧和第二谐振器结构邻近第一谐振器结构的一侧；
[0017]优选的，垂直立式膜在衬底层的垂直投影的形状为半圆的圆弧形
。
[0018]可选的，空腔结构包括第七区域
、
第八区域和第九区域；其中，第八区域为圆角矩形区域，第七区域和第九区域位于第八区域的两侧；
[0019]第一谐振器结构和第二谐振器结构以与谐振器结构的宽度方向平行的中心线为对称轴对称设置；第一谐振器结构在衬底层上的垂直投影位于第七区域内，第二谐振器结构在衬底层上的垂直投影位于第九区域内；垂直立式膜在衬底层上的垂直投影位于第八区域内，垂直立式膜在衬底层的垂直投影的形状为半圆形或者半椭圆形的弧形；垂直立式膜分别连接第一谐振器结构邻近第八区域的一侧和第二谐振器结构邻近第八区域的一侧
。
[0020]可选的，第二电极层包括第一叉指电极
、
第二叉指电极
、
第一端口电极
、
第二端口电极和第三端口电极；
[0021]第一叉指电极位于第一谐振器结构内，第二叉指电极位于第二谐振器结构内，第一端口电极
、
第二端口电极和第三端口电极位于第二区域；
[0022]第一叉指电极包括第一连接部和与第一连接部连接的两个第一叉指，以及第一中间电极；第一中间电极位于两个第一叉指之间；第二叉指电极包括第二连接部和第二连接部连接的两个第二叉指，以及第二中间电极；第二中间电极位于两个第二叉指之间；第一连接部通过第三连接部与第一端口电极相连，第二连接部通过第四连接部与第三端口电极相连，第一中间电极和第二中间电极通过第五连接部与第二端口电极相连；第一端口电极为输入电极，第二端口电极为第一输出电极，第三端口电极为第二输出电极
。
[0023]可选的，谐振式压力传感器还包括：
[0024]温度补偿层，温度补偿层位于第二电极层远离压电层的一侧，温度补偿层覆盖第二电极层以及第二电极层未覆盖的压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种谐振式压力传感器，其特征在于，包括：依次层叠设置的基底层
、
第一电极层
、
压电层和第二电极层；所述基底层包括依次层叠设置的衬底层
、
埋氧层和器件层，所述器件层位于所述埋氧层邻近第一电极层的一侧；所述衬底层包括第一通孔，所述埋氧层包括第二通孔，所述第二通孔在所述衬底层的垂直投影与第一通孔重合；所述第一通孔和所述第二通孔即为空腔结构；所述器件层
、
所述第一电极层
、
所述压电层和所述第二电极层均包括第一区域
、
第二区域和第三区域，所述第一区域通过第三区域与所述第二区域连接；所述第一区域和所述第三区域的所述器件层
、
所述第一电极层
、
所述压电层和所述第二电极层在所述埋氧层的垂直投影位于所述空腔结构内，所述第二区域的所述器件层
、
所述第一电极层
、
所述压电层和所述第二电极层依次层叠设置在所述埋氧层的表面；且所述第一区域和所述第二区域之间存在空隙；所述第一区域包括第一谐振器结构和第二谐振器结构，以及连接所述第一谐振器结构和所述第二谐振器结构的垂直立式膜；所述垂直立式膜在所述衬底层上的垂直投影的形状为弧形；所述第一谐振器结构和所述第二谐振器结构均包括所述器件层
、
所述第一电极层
、
所述压电层和所述第二电极层，所述垂直立式膜包括所述器件层
、
所述第一电极层和所述压电层；所述第一谐振器结构和第二谐振器结构的尺寸相同，所述垂直立式膜在所述衬底层的垂直投影的弧长是所述第一谐振器结构的长度的
n
倍，
n
为正整数
。2.
根据权利要求1所述的谐振式压力传感器，其特征在于，所述空腔结构包括第四区域
、
第五区域和第六区域；其中，所述第五区域在所述衬底层的垂直投影的形状为拱形，所述第四区域和所述第六区域位于拱形的两个端部；所述第一谐振器结构和所述第二谐振器结构以与谐振器结构的宽度方向平行的中心线为对称轴对称设置；所述第一谐振器结构在所述衬底层上的垂直投影位于所述第四区域内，所述第二谐振器结构在所述衬底层上的垂直投影位于所述第六区域内；所述垂直立式膜在所述衬底层上的垂直投影位于所述第五区域内，所述垂直立式膜在所述衬底层的垂直投影的形状为弧形；所述垂直立式膜的两端分别连接所述第一谐振器结构邻近所述第五区域的一侧和所述第二谐振器结构邻近所述第五区域的一侧
。3.
根据权利要求2所述的谐振式压力传感器，其特征在于：所述垂直立式膜在所述衬底层的垂直投影的形状为半圆的圆弧形
。4.
根据权利要求1所述的谐振式压力传感器，其特征在于，所述空腔结构在所述衬底层的垂直投影的形状为拱形；所述第一谐振器结构和所述第二谐振器结构以与谐振器结构的长度方向平行的中心线为对称轴对称设置；所述第一谐振器结构和所述第二谐振器结构在所述衬底层上的垂直投影均位于所述拱形的两个端部，所述垂直立式膜在所述衬底层的垂直投影的形状为弧形；所述垂直立式膜的两端分别连接所述第一谐振器结构远离所述第二谐振器结构的一侧和所述第二谐振器结构远离所述第一谐振器结构的一侧；或者，所述垂直立式膜的两端分别连接所述第一谐振器结构邻近所述第二谐振器结构的一侧和所述第二谐振器结构邻近所述第一谐振器结构的一侧
。
5.
根据权利要求4所述的谐振式压力传感器，其特征在于：所述垂直立式膜在所述衬底层的垂直投影的形状为半圆的圆弧形
。6.
根据权利要求1所述的谐振式压力传感器，其特征在于，所述空腔结构包括第七区域
、
第八区域和第九区域；其中，所述第八区域为圆角矩形区域，所述第七区域和所述第九区域位于所述第八区域的两侧；所述第一谐振器结构和所述第二谐振器结构以与谐振器结构的宽度方向平行的中心线为对称轴对称设置；所述第一谐振器结构在所述衬底层上的垂直投影位于所述第七区域内，所述第二谐振器结构在所述衬底层上的垂直投影位于所述第九区域内；所述垂直立式膜在所述衬底层上的垂直投影位于所述第八区域内，所述垂直立式膜在所述衬底层的垂直投影的形状为半圆形或者半椭圆形的弧形；所述垂直立式膜分别连接所述第一谐振器结构邻近所述第八区域的一侧和所述第二谐振器结构邻近所述第八区域的一侧
。7.
根据权利要求1所述的谐振式压力传感器，其特征在于，所述第二电极层包括第一叉指电极
、
第二叉指电极
、
第一端口电极
、
第二端口电极和第三端口电极；所述第一叉指电极位于所述第一谐振器结构内，所述第二叉指电极位于所述第二谐振器结构内，第一端口电极
、
第二端口电极和第三端口电极位于所述第二区域；所述第一叉指电极包括第一连接部和与所述第一连接部连接的两个第一叉指，以及第一中间电极；所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：缪建民，高云飞，王志宏，
申请(专利权)人：华景传感科技无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：