微型高灵敏压力传感器制造技术

公开了一种微型光纤压力传感器设计，其中围绕特定偏压压力的灵敏度被优化。在一实施例中，该压力传感器是法布里－珀罗(FP)传感器，其包括基板；以及安装在该基板上的膜片。该膜片具有中心并包括：包括第一材料的第一层；以及包括第二材料的第二层。该第二层形成圆点或环。该圆点或环安装在该第一层上并以该膜片的中心定中心。该第二材料包括内部预应力，以致使膜片的中心（在圆点的情况下）或者围绕膜片中心的周边区域（在环的情况下）在放松内部预应力时从基片拱起。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微型高灵敏压力传感器 与相关申请的交叉引用本申请要求享有申请号为61/450,959的美国临时专利的优先权，该专利的申请日为2011年3月9日。
本专利技术涉及压力传感器，尤其涉及微型高灵敏压力传感器。
技术介绍
用于微创程序的压力传感器的使用要求越来越小的传感器。例如，用于评估冠状血流储备分数(FFR, Fractional Flow Reserve)的压力传感器仪表化导丝(压力导丝)要求很高，因为在传送高保真度的压力测量时，它需要最小的压力传感器。在过去的几年中，基于法布里一珀罗(FP，Fabry-Perot)腔的使用的光纤压力传感器越来越多。法布里一珀罗传感器可制成小直径，并以低成本制造，因为它们可以使用显微机械加工技术生产(微电子机械系统=MEMS)。需要注意的是，基于法布里一珀罗的压力传感器与基于电容的压力传感器很相似的，其中压力测量通过测量膜片的偏移完成。基于法布里一珀罗的压力传感器因而被视为可用于多种应用的具有最佳潜力的压力传感器，并属于最适于导液管和导丝尖端压力测量的压力传感器。针对压力传感器提出过多种方法和设计，例如在美国专利4，678，904和7，689，071中描述的那些。随着现有技术中压力传感器设计尺寸的减小，无论是法布里一珀罗还是其他的传感器，其灵敏度也变小，导致充分的辨析度、稳定性以及由此准确度不再令人满意。事实上，本领域技术人员熟知由于压力传感器膜片尺寸减小，相对于压力的膜片的偏移也减小。使这样的膜片变薄可以补偿相对于压力的膜片偏移的减小。但是这个策略具有如以下讨论的限制。附图1示出用于测量压力的法布里一珀罗传感器I的现有结构。双向光纤2将光学信号朝向法布里一珀罗压力芯片(没有编号)引导。压力芯片由玻璃基片4制成。第一部分反射镜5设置在形成于玻璃基片4顶表面上的凹腔3内。膜片7粘结到或焊接到玻璃基片4上，膜片7的内表面作为第二镜6。镜5和6两者以由凹腔3的深度给定的距离相间隔开，构成法布里一珀罗腔。第二镜6以施加的压力的函数朝向第一镜5弯曲，由此改变FP腔的长度。FP腔的长度是压力的明确函数。图2示出典型膜片7由于施加压力的结果而变形的形状。随着压力的增加，膜片的偏移的增加减小，即膜片的偏移是施加压力的非线性函数。图3示出具有不同膜片厚度的同一压力传感器的典型响应。可以注意到随着膜片厚度的减小(从S1-没有蚀刻到S1-蚀刻4)，虽然在最低压力范围内，也就是约为真空下操作时，灵敏度急剧增加，而当在较高压力范围内，在本例中，约大气压力下操作时，灵敏度饱和。以偏压压力操作的绝对压力传感器的灵敏度的增加受到限制。在上面灵敏度限制之外，随着膜片厚度的减小，膜片内的内应力增加，潜在地导致膜片故障。膜片故障的风险在系统以诸如大气压力的偏压压力操作的情况下显著加强。对于涉及导液管尖端压力感测的医学应用，感兴趣的压力集中在大气压力(通常760mmHg)。在约OmmHga时，膜片厚度的减小增加了灵敏度，但在约760mmHga时，灵敏度的增加被限制。作为以上所述的结果，因为它们小型化，现有法布里一珀罗传感器的一个主要缺点是它们缺少对压力的充分敏感，这与现有的以电容为基础的压力传感器设计的主要缺点相似。此外，准确性、辨析度和可靠性也通常变得不令人满意，而诸如水分漂移和热效应的其他不想要的寄生效应相对于压力似乎被放大。相应地，存在对这样一种传感器设计的需要，该设计对小型传感器具有改进的敏感度。
技术实现思路
本说明书提供了微型光纤压力传感器设计，其中围绕特定偏压压力的敏感度是最优化的。在一个实施例中，压力传感器是法布里一珀罗(FP)传感器，其包括基片；以及安装在该基片上的膜片。该膜片具有中心并包括:包括第一材料的第一层；以及包括第二材料的第二层。该第二层形成圆点。该圆点安装在该第一层上并以该膜片的中心定中心。该第二材料包括内部预应力以致使在放松该内部预应力时该膜片的中心从基片上拱起。根据包含圆点的实施例，该第一层包含用于安装在该基片上的内表面以及与该内表面相对的外表面，该第二层安装在该外表面上，且该第二材料被预加应力在压缩状态。第二层的内部压缩应力放松，并向外移动该膜片。得到的膜片形状具有增加传感器的压力敏感度的作用。根据包括圆点以及该第二材料被预加应力在压缩状态的实施例，该第一材料包括硅。根据包括圆点以及该第二材料被预加应力在压缩状态的实施例，该第二材料包括在该第一层的硅材料上的二氧化硅。根据包括圆点以及该第二材料被预加应力在压缩状态的实施例，该第二材料包括在该第一层的硅材料上的以下任一种:铬、铝、钛、铁、金、氧化钛、氧化钽、二氧化硅、氧化错、氧化招和氮化娃中。根据包括圆点的实施例，该第一层包括用于安装在该基片上的内表面，该第二层安装在该内表面上且该第二材料被预加应力在拉紧状态。根据包括圆点且该第二材料被预加应力在拉紧状态的实施例，该第一材料包括硅。根据包括圆点且该第二材料被预加应力在拉紧状态的实施例中，该第二材料包括在该第一层的硅材料上的铬。根据包括圆点且该第二材料被预加应力在拉紧状态的实施例，第二材料包括该第一层的铬、招、钛、铁、金、氧化钛、氧化钽、二氧化娃、氧化错、氧化招和氮化娃中的一种。根据另一实施例，压力传感器是法布里一珀罗(FP)传感器，包括基片；以及安装在该基片上的膜片。该膜片具有中心并包括:包括第一材料的第一层；以及包括第二材料的第二层。该第二层形成环。该环安装在第一层上并以该膜片的中心定中心。该第二材料包括内部预应力以致使在放松该内部预应力时，该膜片的中心处的周边区域从该基片拱起。根据包括环的实施例，该第一层包括用于安装在该基片上的内表面以及与该内表面相对的外表面，该第二层安装在外表面上且该第二材料被预加应力在拉紧状态下。根据包括环且该第二材料被预加应力在拉紧状态下的实施例，该第一材料包含硅。根据包含环且该第二材料被预加应力在拉紧状态下的实施例，该第二材料包含在该第一层的硅材料上的铬。根据包含环且该第二材料被预加应力在拉紧状态下的实施例，该第二材料包括在该第一层的该娃材料上的以下任一种:铬、招、钛、铁、金、氧化钛、氧化钽、二氧化娃、氧化错、氧化招和氮化娃。根据包含环的实施例，该第一层包含用于安装在该基片上的内表面，该第二层安装在该内表面上且该第二材料被预加应力在压缩状态下。根据包含环且该第二材料被预加应力在压缩状态下的实施例，该第一材料包含硅。根据包含环且该第二材料被预加应力在压缩状态下的实施例，该第二材料包含在该第一层的硅材料上的二氧化硅。根据包含环且该第二材料被预加应力在压缩状态下的实施例，该第二材料包括在该第一层的娃材料上的以下任一种:铬、招、钛、铁、金、氧化钛、氧化钽、二氧化娃、氧化错、氧化招和氮化娃。根据一方面，微型法布里一珀罗或电容压力传感器的灵敏度通过加入内部预加应力的材料而有利地提高，所述内部预加应力的材料沉积在、生长在或以其他的方式呈现在膜片上，且一旦放松这样的内部应力材料即引起膜片形状的改变，使得在偏压压力下的敏感度增加。【附图说明】图1是现有技术的法布里一珀罗压力传感器的示意性横截面图；图2是现有技术的压力传感器膜片的示意性横截面图，所述膜片由于施加的外部压力而变形；图3是示出现有技术的、具有不同的膜片厚度的压力传感器对于施加的压力的响本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种法布里－珀罗传感器，包括：－基片；以及－安装在所述基片上的膜片，所述膜片具有中心且包括：－包括第一材料的第一层；以及－包括第二材料的第二层，所述第二层形成圆点，所述圆点安装在所述第一层上并以所述膜片的中心定中心，所述第二材料包括内部预应力以致使在放松所述内部预应力时，所述膜片的中心从所述基片拱起。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.03.09 US 61/450,9591.一种法布里一珀罗传感器，包括: —基片；以及 一安装在所述基片上的膜片，所述膜片具有中心且包括: 一包括第一材料的第一层；以及 一包括第二材料的第二层，所述第二层形成圆点，所述圆点安装在所述第一层上并以所述膜片的中心定中心，所述第二材料包括内部预应力以致使在放松所述内部预应力时，所述膜片的中心从所述基片拱起。2.根据权利要求1所述的法布里一珀罗传感器，其中，所述第一层包括用于安装在所述基片上的内表面以及与所述内表面相对的外表面，所述第二层安装在所述外表面上，且所述第二材料被预加应力在压缩状态。3.根据权利要求2所述的法布里一珀罗传感器，其中，所述第一材料包括硅。4.根据权利要求3所述的法布里一珀罗传感器，其中，所述第二材料包括在所述第一层的硅材料上的二氧化硅。5.根据权利要求3所述的法布里一珀罗传感器，其中，所述第二材料包括在所述第一层的所述硅材料上的以下任一种:铬、铝、钛、铁、金、氧化钛、氧化钽、二氧化硅、氧化锆、氧化铝和氮化硅。6.根据权利要求1所述的法布里一珀罗传感器，其中，所述第一层包括用于安装在所述基片上的内表面，所述第二层安装在所述内表面上且所述第二材料被预加应力在拉紧状态。`7.根据权利要求6所述的法布里一珀罗传感器，其中，所述第一材料包括硅。8.根据权利要求7所述的法布里一珀罗传感器，其中，所述第二材料包括在所述第一层的硅材料上的铬。9.根据权利要求7所述的法布里一珀罗传感器，其中，所述第二材料包括所述第一层的铬、招、钛、铁、金、氧化钛、氧化钽、二氧化娃、氧化错、氧化招和...

【专利技术属性】
技术研发人员：克劳德·贝尔维尔，塞巴斯蒂安·拉兰切特，尼古拉斯·莱萨德，
申请(专利权)人：奥普森斯公司，
类型：
国别省市：