一种双扭摆式微机电磁场传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种双扭摆式微机电磁场传感器，包括从下向上依次叠加设置的衬底、底电极层、牺牲层、金属层和氮化硅层，氮化硅层的顶面设有锚区，锚区一边设有第二焊盘、第四焊盘和两个第五焊盘，锚区另一边设有第一焊盘、第三焊盘、第十焊盘和两个第六焊盘；氮化硅层的中部设有第一扭摆梁，第一扭摆梁通过两个第一支撑梁与锚区固定连接；第一扭摆梁的内侧设有第二扭摆梁；第一扭摆梁边缘和第二扭摆梁边缘布设有第一驱动金属线和第二驱动金属线；第一扭摆梁的底面设有第一电容和第二电容；第二扭摆梁的底面设有第三电容和第四电容。该磁场传感器可以测量磁场幅度及角度，且该磁场传感器结构简单。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种双扭摆式微机电磁场传感器，包括从下向上依次叠加设置的衬底、底电极层、牺牲层、金属层和氮化硅层，氮化硅层的顶面设有锚区，锚区一边设有第二焊盘、第四焊盘和两个第五焊盘，锚区另一边设有第一焊盘、第三焊盘、第十焊盘和两个第六焊盘；氮化硅层的中部设有第一扭摆梁，第一扭摆梁通过两个第一支撑梁与锚区固定连接；第一扭摆梁的内侧设有第二扭摆梁；第一扭摆梁边缘和第二扭摆梁边缘布设有第一驱动金属线和第二驱动金属线；第一扭摆梁的底面设有第一电容和第二电容；第二扭摆梁的底面设有第三电容和第四电容。该磁场传感器可以测量磁场幅度及角度，且该磁场传感器结构简单。【专利说明】一种双扭摆式微机电磁场传感器
本专利技术属于传感器
,具体来说，涉及一种双扭摆式微机电磁场传感器。
技术介绍
磁场传感器有着悠久的历史，指南针的专利技术到现代交通导航，磁场传感器越来越被人重视。磁场传感器与我们的生活息息相关，自然界和人类社会生活的许多地方都存在磁场或与磁场相关的信息。利用人工设置的永磁体产生的磁场，可作为许多种信息的载体。因此，探测、采集、存储、转换、复现和监控各种磁场和磁场中承载的各种信息的任务，自然就落在磁场传感器身上。已研制出利用各种物理、化学和生物效应的磁传感器，并已在科研、生产和社会生活的各个方面得到广泛应用，承担起探究种种信息的任务。随着微机电系统(MEMS)技术的发展，大大推动了 MEMS磁场传感器的发展，出现了一些微型磁场传感器的结构，同时新发展的MEMS工艺能够在硅衬底上利用IC (英文全称为:integrated circuit,中文是:集成电路)后处理工艺制作各种机械结构，为磁场传感器的设计开辟了新的途径，近年来，提出了一些微型磁场传感器的结构，如法国的VincentBeroulle、Laurent Latorre提出的MEMS磁场传感器,在悬臂梁与锚区附近做压阻,通过测量压阻的输出检测磁场。扭摆式MEMS磁场传感器最早由Beverley Eyre等人提出，测量在磁场作用下受力后结构扭摆的幅度，来测量磁场的大小。这些磁场传感器只能测量磁场的大小。磁场是一个矢量，所以对磁场方向信息很重要。
技术实现思路
技术问题:本专利技术所要解决的技术问题是:提供一种双扭摆式微机电磁场传感器，该磁场传感器可以测量磁场幅度及角度，且该磁场传感器结构简单。技术方案:为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是: 一种双扭摆式微机电磁场传感器，其特征在于，该磁场传感器包括从下向上依次叠加设置的衬底、底电极层、牺牲层、金属层和氮化硅层，牺牲层、金属层和氮化硅层均为中空结构，氮化硅层的顶面设有锚区，锚区一边设有第二焊盘、第四焊盘和两个第五焊盘，锚区另一边设有第一焊盘、第三焊盘、第十焊盘和两个第六焊盘；氮化硅层的中部设有第一扭摆梁，第一扭摆梁通过两个第一支撑梁与锚区固定连接，第一扭摆梁和第一支撑梁处于悬空状态；第一扭摆梁的内侧设有第二扭摆梁，第二扭摆梁通过两个第二支撑梁与第一扭摆梁的内壁固定连接，第二扭摆梁和第二支撑梁处于悬空状态；第一扭摆梁边缘和第二扭摆梁边缘布设有第一驱动金属线和第二驱动金属线；第一扭摆梁的底面设有第一电容和第二电容，第一扭摆梁的顶面设有第一电容引线和第二电容引线；第二扭摆梁的底面设有第三电容和第四电容，第二扭摆梁的顶面和第一扭摆梁的顶面设有第三电容引线和第四电容引线；第一扭摆梁中设有含金属柱的第一通孔和含金属柱的第二通孔，第一电容通过第一通孔与第一电容引线的一端连接，第一电容引线的另一端与第一焊盘连接；第二电容通过第二通孔与第二电容引线的一端连接，第二电容引线的另一端与第二焊盘连接；第二扭摆梁中设有含金属柱的第三通孔和含金属柱的第四通孔，第三电容通过第三通孔与第三电容引线的一端连接，第三电容引线另一端与第三焊盘连接；第四电容通过第四通孔与第四电容引线一端连接，第四电容引线另一端与第四焊盘连接；第一驱动金属线的两端分别与一个第五焊盘连接，第一扭摆梁上设有含金属柱的第五通孔和含金属柱的第六通孔，第一驱动金属线的第一中间端通过第五通孔的金属柱与第一连接线的一端连接，第一驱动金属线的第二中间端通过第六通孔的金属柱与第一连接线另一端连接；第二驱动金属线的两端分别与一个第六焊盘连接，第一扭摆梁上设有含金属柱的第七通孔和含金属柱的第八通孔，第二驱动金属线的第三中间端通过第七通孔的金属柱与第二连接线的一端连接，第二驱动金属线的第四中间端通过第八通孔的金属柱与第二连接线的另一端连接；牺牲层中设有含有金属柱的第九通孔，氮化硅层中设有含金属柱的第十通孔，底电极层通过第九通孔、金属层和第十通孔与第七焊盘连接。进一步，所述的第一电容和第二电容位于第一扭摆梁相对的两条边上，第一电容和第二电容均不与第一支撑梁连接在第一扭摆梁的同一边上。进一步，所述的第一电容和第二电容位于第一扭摆梁的底面边缘中心，第一电容和第二电容处于同一条直线上,且对称分布。进一步，所述的第三电容和第四电容位于第二扭摆梁相对的两条边上，第三电容和第四电容均不与第二支撑梁连接在第二扭摆梁的同一边上。进一步，所述的第三电容和第四电容位于第二扭摆梁的底面边缘中心，第三电容和第四电容处于同一条直线上，且对称分布。有益效果:与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果: 1.结构简单，可以实现磁场幅度和角度的测量。本专利技术的双扭摆式的微机电磁场传感器，利用两个扭摆结构能分别感应相互垂直的磁场作用，这样可以实现两个磁场方向运动幅度可以比拟，通过从第一电容、第二电容、第三电容和第四电容变化关系从而可以得到磁场方向，同时可以得到磁场的幅度。2.功耗小、性能可靠。本专利技术利用测量两个扭摆梁的位移，来测量磁场的方向。整个测量过程中所用的电流为直流电，另外，本专利技术将金属线布设避免了相互作用力的抵消，在同样的磁场条件下，弯曲板受力最大产生的位移也最大，因此功耗小。另外，电容检测受外界环境影响较小，相对热驱动的传感器而言，本磁场传感器用洛伦兹力相对比较容易驱动，性能可靠。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术的结构示意图。图2是图1中的a-a剖面图。 图3是图1中的b-b剖面图。图4是图1中的c-c剖面图。图5是图1中的d-d剖面图。图6是图1中的e-e剖面图。图7是图1中的f_f剖面图。图中有:第一扭摆梁1、第一支撑梁2、第二扭摆梁3、第二支撑梁4、第一电容5、第二电容6、第三电容7、第四电容8、第一驱动金属线9、第二驱动金属线10、底电容11、衬底12、底电极层13、牺牲层14、金属层15、氮化硅层16、锚区17、第三中间端18、第四中间端19、第一中间端20、第二中间端21、第一连接线22、第二连接线23、第一电容引线51、第二电容引线61、第三电容引线71、第四电容引线81、第一焊盘52、第二焊盘62、第三焊盘72、第四焊盘82、第五焊盘92、第六焊盘102、第七焊盘112、第一通孔53、第二通孔63、第三通孔73、第四通孔83、第五通孔93、第六通孔94、第七通孔103、第八通孔104、第七焊盘112、第十通孔113、第九通孔114。具体实施方案下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细的说明。如图1至图7所示，本专利技术的一种双扭摆式微机电磁场传感器，包括从下向上依次叠加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双扭摆式微机电磁场传感器，其特征在于，该磁场传感器包括从下向上依次叠加设置的衬底（12）、底电极层（13）、牺牲层（14）、金属层（15）和氮化硅层(16)，牺牲层（14）、金属层（15）和氮化硅层(16)均为中空结构，氮化硅层(16)的顶面设有锚区（17），锚区（17）一边设有第二焊盘（62）、第四焊盘（82）和两个第五焊盘（92），锚区（17）另一边设有第一焊盘（52）、第三焊盘（72）、第十焊盘（112）和两个第六焊盘（102）；氮化硅层(16)的中部设有第一扭摆梁（1），第一扭摆梁（1）通过两个第一支撑梁（2）与锚区（17）固定连接，第一扭摆梁（1）和第一支撑梁（2）处于悬空状态；第一扭摆梁（1）的内侧设有第二扭摆梁（3），第二扭摆梁（3）通过两个第二支撑梁（4）与第一扭摆梁（1）的内壁固定连接，第二扭摆梁（3）和第二支撑梁（4）处于悬空状态；第一扭摆梁（1）边缘和第二扭摆梁（2）边缘布设有第一驱动金属线（9）和第二驱动金属线（10）；第一扭摆梁（1）的底面设有第一电容（5）和第二电容（6），第一扭摆梁（1）的顶面设有第一电容引线（51）和第二电容引线（61）；第二扭摆梁（3）的底面设有第三电容（7）和第四电容（8），第二扭摆梁（3）的顶面和第一扭摆梁（1）的顶面设有第三电容引线（71）和第四电容引线（81）；第一扭摆梁（1）中设有含金属柱的第一通孔（53）和含金属柱的第二通孔（63），第一电容（5）通过第一通孔（53）与第一电容引线（51）的一端连接，第一电容引线（51）的另一端与第一焊盘（52）连接；第二电容（6）通过第二通孔（63）与第二电容引线（61）的一端连接，第二电容引线（61）的另一端与第二焊盘（62）连接；第二扭摆梁（3）中设有含金属柱的第三通孔（73）和含金属柱的第四通孔（83），第三电容（7）通过第三通孔（73）与第三电容引线（71）的一端连接，第三电容引线（71）另一端与第三焊盘（72）连接；第四电容（8）通过第四通孔（83）与第四电容引线（81）一端连接，第四电容引线（81）另一端与第四焊盘（82）连接；第一驱动金属线（9）的两端分别与一个第五焊盘（92）连接，第一扭摆梁（1）上设有含金属柱的第五通孔（93）和含金属柱的第六通孔（94），第一驱动金属线（9）的第一中间端（20）通过第五通孔（93）的金属柱与第一连接线（22）的一端连接，第一驱动金属线（9）的第二中间端（21）通过第六通孔（94）的金属柱与第一连接线（22）另一端连接；第二驱动金属线（10）的两端分别与一个第六焊盘（102）连接，第一扭摆梁（1）上设有含金属柱的第七通孔（103）和含金属柱的第八通孔（104），第二驱动金属线（10）的第三中间端（18）通过第七通孔（103）的金属柱与第二连接线（23）的一端连接，第二驱动金属线（10）的第四中间端（19）通过第八通孔（104）的金属柱与第二连接线（23）的另一端连接；牺牲层（14）中设有含有金属柱的第九通孔（114），氮化硅层(16)中设有含金属柱的第十通孔（113），底电极层（13）通过第九通孔（114）、金属层（15）和第十通孔（113）与第七焊盘（112）连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈洁，梁秋实，周志浩，薛铭豪，景晟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：