[发明专利]MEMS器件微流量流速检测中寄生电容干扰信号的抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及MEMS器件微流量测量技术领域，更具体的说是涉及一种针对MEMS器件微流量流速检测中寄生电容干扰信号的抑制方法。

背景技术

MEMS器件是在硅等半导体基底材料上制作而成的微小结构腔体，可形成基于压电、静电、磁致伸缩及热电等效应工作的微传感器和微驱动器，它兼具信号处理功能、对外部世界的感知功能和作用功能，被广泛用作压力传感器、温度传感器、加速度计、微泵、微阀、微开关及药物微喷等多个领域。随着MEMS加工中硅-硅或硅-玻璃键合工艺的不断成熟与发展，推动了MEMS器件微结构的研究，即利用上、下腔体键合构成微结构，其中上腔膜可形成微驱动结构，下腔体内可具有各种能形成射流的槽道结构，上腔膜的振动迫使微腔内的流体沿下腔槽道流动形成微射流，该微射流的流量及流速可由设置于腔体适当位置的检测丝如热敏铂丝来测量。该类MEMS器件在流量传感器、加速度计等方面已有应用，它占用面积很小，使用方便，但容易在检测丝与半导体基底之间形成寄生电容，干扰待测信号的有效输出，甚至导致检测失败。寄生电容的影响随MEMS微腔体结构中电极之间的窄小化以及应用频率的高频化将愈加显著。为能获得更为有效、更精确的检测结果，必须要抑制寄生电容的干扰。MEMS器件流量检测中寄生电容的产生及影响往往取决于基底及检测丝的材料以及信号检测丝的设置位置及设置方式等。目前，有关MEMS微腔体结构流量测量中的寄生电容分析及抑制方法尚未见诸报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题提供一种MEMS器件微流量流速检测中寄生电容干扰信号的抑制方法。

本发明采用的技术方案：一种针对MEMS器件微流量流速检测中寄生电容干扰信号的抑制方法，适于两腔键合的压电驱动硅基微流量传感结构，通过对所述结构中Si-Pt平行板电容分析及其对交变方波驱动的输出响应分析，确定寄生电容产生于两腔键合处的上腔基质硅与检测热敏铂丝之间，找出通过压电驱动电极的适当连接来抑制寄生电容的有效方法，包括下列步骤：

a.基于Si-Pt平行板电容分析寄生电容，其计算式为：

C=ϵ0×ϵr×Sd]]>

式中，ε₀-真空介电常数，

      ε_r-绝缘层SiO₂的相对介电常数，

      d-绝缘层SiO₂的厚度，亦即上腔基质硅与热敏检测丝间距，

      S-热敏铂丝与下腔硅基质间有效正对面积；

b.基于等效电路、叠加原理及微分电路分析寄生电容对交变方波驱动的输出响应，寄生电容对交变方波驱动的输出响应U_out为：

Uout=12×Udrivee-tτ×10-10]]>

式中，U_drive-方波输入的驱动电压，

τ-电路时间常数τ，可根据下式计算：