一种用于测量磁场方向的微机电系统磁场传感器技术方案

本发明专利技术公开了一种用于测量磁场方向的微机电系统磁场传感器，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，牺牲层的中部和金属层的中部均为空心，氮化硅层的中部为弯曲板，弯曲板的一侧设有向外延伸的凸板，金属层的顶面设有锚区，凸板与锚区固定连接，弯曲板位于金属层中部的上方；弯曲板的底面设置第一电容、第二电容和第三电容，弯曲板的顶面布设有第一电容引线、第二电容引线、第三电容引线和沿弯曲板边缘布设的金属线；金属线的两端分别与一个第四焊盘连接；底电极层与金属层连接；在氮化硅层的边部上方设置第五焊盘，金属层与第五焊盘连接。该磁场传感器结构简单，可以实现磁场方向以及幅度的测量。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种用于测量磁场方向的微机电系统磁场传感器，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，牺牲层的中部和金属层的中部均为空心，氮化硅层的中部为弯曲板，弯曲板的一侧设有向外延伸的凸板，金属层的顶面设有锚区，凸板与锚区固定连接，弯曲板位于金属层中部的上方；弯曲板的底面设置第一电容、第二电容和第三电容，弯曲板的顶面布设有第一电容引线、第二电容引线、第三电容引线和沿弯曲板边缘布设的金属线；金属线的两端分别与一个第四焊盘连接；底电极层与金属层连接；在氮化硅层的边部上方设置第五焊盘，金属层与第五焊盘连接。该磁场传感器结构简单，可以实现磁场方向以及幅度的测量。【专利说明】—种用于测量磁场方向的微机电系统磁场传感器
本专利技术属于传感器
，具体来说，涉及一种用于测量磁场方向的微机电系统磁场传感器。
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。从指南针的专利技术到现在，人类对磁场的探索和利用在不段的进行着。从十八世纪到十九世纪初，法拉第效应、磁阻效应、霍尔效应等一系列磁效应，为磁场传感器的发展奠定了坚实的基础。目前，大部分静态磁场传感器(MFS)使用静磁力(static magneticforce)、霍尔效应(Hall-effect)、磁通量(fluxgate)、磁阻效应(magnetoresistive)或者其他半导体的磁效应来进行检测。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，自从集成电路工艺专利技术以来，特别是CMOS (英文全称为:Complementary Metal Oxide Semiconductor,中文是:互补金属氧化物半导体)工艺技术的问世，硅技术的大批量制造使得昂贵的设计制造成本得到了极大的降低，同时新发展的MEMS工艺能够在娃衬底上利用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Vincent Beroulle、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。R.Sunier提出的谐振式磁场传感器，通过谐振频率的变化来得到磁场测量的目的。另一种谐振式磁场传感器，包括一个两端有间隙的磁聚能器，制作的材料需要使用软磁材料。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:提供一种用于测量磁场方向的微机电系统磁场传感器，该磁场传感器结构简单，可以实现磁场方向以及幅度的测量。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:—种用于测量磁场方向的微机电系统磁场传感器,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，牺牲层的中部和金属层的中部均为空心，氮化硅层的中部为弯曲板，弯曲板的一侧设有向外延伸的凸板，金属层的顶面设有锚区，凸板与锚区固定连接，弯曲板位于金属层中部的上方，弯曲板处于悬空状态；弯曲板的底面设置第一电容、第二电容和第三电容，弯曲板的顶面布设有第一电容引线、第二电容引线、第三电容引线和沿弯曲板边缘布设的金属线，弯曲板中设置有含有金属柱的第一通孔、含有金属柱的第二通孔、含有金属柱的第三通孔，与凸板连接的锚区上设置有第一焊盘、第二焊盘、第三焊盘和两个第四焊盘；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；金属线的两端分别与一个第四焊盘连接；在牺牲层中设置含有金属柱的第四通孔，底电极层通过第四通孔与金属层连接；在氮化硅层的边部中设置含有金属柱的第五通孔，且在氮化硅层的边部上方设置第五焊盘，金属层通过第五通孔与第五焊盘连接。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，能实现磁场全方向测量，同时可以实现磁场幅度的测量。本专利技术的微机电系统磁场传感器，在弯曲板的底面设置第一电容、第二电容和第三电容，在弯曲板的顶面布设有第一电容引线、第二电容引线、第三电容引线和沿弯曲板边缘布设的金属线。当该传感器处于磁场中时，悬臂梁上金属线通电流后，受洛伦兹力的作用产生变形，弯曲板由于受到不同的洛伦兹力的作用产生的位移也不同，从而导致弯曲板底面电容发生变化，通过从第一电容、第二电容和第三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.适应较宽范围磁场强度的测量。本专利技术中，利用金属线加载直流信号感应出洛伦兹力，可以方便的改变驱动信号的大小，因而能够控制弯曲板的变形幅度，从而可以适应较宽范围磁场强度的测量。3.功耗小、受温度影响小、性能可靠。本专利技术利用测量不同振动模式下弯曲板的位移，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设于弯曲板的四周，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。另夕卜，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立体图。图2是图1中的a-a剖面图。图3是图1中的b_b剖面图。图中有:金属线1、弯曲板2、第一电容3、第二电容4、第三电容5、牺牲层6、底电极层7、衬底8、金属层9和氮化硅层10、第一焊盘31、第二焊盘41、第三焊盘51、第四焊盘11、第五焊盘71、第一电容引线32、第二电容引线42、第三电容引线52、第一通孔33、第二通孔43、第三通孔53、第四通孔73、第五通孔72。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3所示，本专利技术的一种用于测量磁场方向的微机电系统磁场传感器，包括从下向上依次叠加设置的衬底8、底电极层7、牺牲层6、金属层9和氮化硅层10。牺牲层6的中部和金属层9的中部均为空心。也就是说，牺牲层6和金属层9都是呈框形，中部为空的。氮化硅层10的中部为弯曲板2，弯曲板2的一侧设有向外延伸的凸板，金属层9的顶面设有锚区，凸板与锚区固定连接，弯曲板2位于金属层9中部的上方，弯曲板2处于悬空状态。弯曲板2与氮化硅层10的周边不接触，存有间隙。弯曲板2通过凸板连接在锚区上。弯曲板2的底面设置第一电容3、第二电容4、第三电容5。第一电容3、第二电容4、第三电容5均由金属制成。弯曲板2的顶面布设有第一电容引线32、第二电容引线42、第三电容引线52和沿弯曲板2边缘布设的金属线I。弯曲板2中设置有含有金属柱的第一通孔33、含有金属柱的第二通孔43、含有金属柱的第三通孔53。与凸板连接的锚区上设置有第一焊盘31、第二焊盘41、第三焊盘51和两个第四焊盘11。第一电容3通过第一通孔33与第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量磁场方向的微机电系统磁场传感器，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（8）、底电极层（7）、牺牲层（6）、金属层（9）和氮化硅层(10)，牺牲层（6）的中部和金属层（9）的中部均为空心，氮化硅层(10)的中部为弯曲板（2），?弯曲板（2）的一侧设有向外延伸的凸板，金属层（9）的顶面设有锚区，凸板与锚区固定连接，弯曲板（2）位于金属层（9）中部的上方，弯曲板（2）处于悬空状态；弯曲板（2）的底面设置第一电容（3）、第二电容（4）和第三电容（5），弯曲板（2）的顶面布设有第一电容引线（32）、第二电容引线（42）、第三电容引线（52）和沿弯曲板（2）边缘布设的金属线（1），弯曲板（2）中设置有含有金属柱的第一通孔（33）、含有金属柱的第二通孔（43）、含有金属柱的第三通孔（53），与凸板连接的锚区上设置有第一焊盘（31）、第二焊盘（41）、第三焊盘（51）和两个第四焊盘（11）；第一电容（3）通过第一通孔（33）与第一电容引线（32）的一端连接，第一电容引线（32）的另一端与第一焊盘（31）连接；第二电容（4）通过第二通孔（43）与第二电容引线（42）的一端连接，第二电容引线（42）的另一端与第二焊盘（41）连接；第三电容（5）通过第三通孔（53）与第三电容引线（52）的一端连接，第三电容引线（52）另一端与第三焊盘（51）连接；金属线（1）的两端分别与一个第四焊盘（11）连接；在牺牲层（6）中设置含有金属柱的第四通孔（73），底电极层（7）通过第四通孔（73）与金属层（9）连接；在氮化硅层(10)的边部中设置含有金属柱的第五通孔（72），且在氮化硅层(10)的边部上方设置第五焊盘（71），金属层（9）通过第五通孔（72）与第五焊盘（71）连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈洁，张澄，胡静洁，李嘉鹏，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：