[发明专利]压力传感器、振荡器、超声波传感器及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种压力传感器，尤其涉及一种集成高敏感压力传感器、振荡器、超声波传感器及测量方法。

背景技术

微机电系统（Microelectro Mechanical Systems，简称MEMS）是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域，是一种采用半导体工艺制造微型机电器件的技术。与传统机电器件相比，MEMS器件在耐高温、小体积、低功耗方面具有十分明显的优势。经过几十年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一，它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，具有广阔的应用前景。

压力传感器是一种将压力信号转换为电信号的换能器。根据工作原理的不同分为压阻式压力传感器和电容式压力传感器。电容式压力传感器的原理为通过压力改变顶部极板和底部极板之间的电容，以此来测量压力。

图1所示为一种电容式压力传感器，其包括衬底10，位于衬底中的固定极板20，位于衬底上方的可动极板30，可动极板30、衬底10以及位于可动电极30和衬底10之间的密封环35围城一个空腔40，固定极板20和可动极板30相对设置构成一对电容，在压力的作用下可动极板30能够向固定极板20靠近，从而使得电容的电容值发生变化，通过对电容值的测量，可以得到压力值。但是这种压力传感器最关键的部分在于可动极板和固定极板之间的间距，间距太小对于压力的测量范围较小，间距太大使得压力传感器的精确度降低。

传统的振荡器通常也包括图1所示的结构，利用给可动极板和固定极板施加变换的同向或者反向电压，使得可动极板在靠近固定极板和远离固定极板两个方向振荡。但是，对于这种振荡器如果可动极板和固定极板之间的间距太大就需要相对较高的电压才能使得振荡器发生振荡，但是间距太小又会使得振荡的范围很小。

发明内容

考虑到现有技术的缺点，为了提高压力传感器的精确度，在本发明中对现有的电容式压力传感器结构进行了改进，将现有的电容式压力传感器的一个电容增加为多个，并且发明人在多个电容中设置了正向变化的电容和反向变化的电容，这样使得在压力变化时，多个电容的变化值进行叠加，从而提高了精确度，因为其中存在正向变化和反向变化的电容，从而使得电容值的变化更加敏感，且可测量的范围更大。

本发明的目的是提供一种精确度更高的压力传感器、振荡器及超声波传感器。

为实现上述目的，本发明提供了一种压力传感器，其特征在于，包括在控制、读出电路衬底上依次层叠排列的第一极板、第二极板、第三极板、第四极板和第五极板，其中第一极板、第三极板和第四极板相对衬底固定，第一极板和第二极板相对且之间具有间隙，第二极板悬置在第一极板上方构成一对电容，第二极板和第三极板相对且具有间隙构成一对电容，第四极板和第五极板相对且具有间隙，第五极板悬置在第四极板上方构成一对电容，能够沿垂直于衬底表面方向移动。

优选地，在不受外力的自然状态下，第二极板和第三极板之间的间隙小于第一极板和第二极板之间的间隙，且第二极板和第三极板之间的间隙小于第四极板和第五极板之间的间隙。

优选地，第三极板和第四极板之间具有第一绝缘介质层。

优选地，第二极板和第五极板的材料为锗硅，所述第一绝缘介质层的材料为含硅介电质材料，包括氧化硅、氮化硅、氢氧化硅和碳氢氧化硅。

优选地，第二极板和第五极板通过与衬底垂直的连接柱或者连接带相连。

优选地，第二极板、第五极板及连接柱或连接带的结合体的一个剖面为工字型。

优选地，所述第一极板为复合层结构，包括铝层和位于铝层上的钛层。

优选地，还包括第一密封环、第二密封环、第三密封环，第一密封环位于衬底上，第二密封环位于第二极板外围，第三电极的边缘搭接在第二密封环上，第三密封环位于第四极板和第五极板之间，且位于第四极板的边缘上，第一极板、第三极板、第四极板、第五极板、第一密封环和第二密封环、第三密封环共同构成一个空腔。

优选地，所述第二密封环与第二电极在同一工艺步骤中形成，其材质相同，且之间具有间隔使其不相连。

优选地，在第五极板上具有第二绝缘介质层，在所述第二绝缘介质层上具有第六极板。

优选地，在第一极板下方的衬底中包括MOS器件或电路。