[发明专利]一种硅基巨磁阻效应微加速度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及微惯性导航技术相关领域，具体而言，涉及一种基于巨磁阻效应的微机械加速度传感器。

背景技术

目前，微机械加速度传感器常用的检测方式是压阻式、电容式、压电式和隧道效应式等，压阻式是基于高掺杂硅的压阻效应原理实现的，高掺杂硅形成的压敏器件对温度有较强的依赖性，其由压敏器件组成的电桥检测电路也会因温度变化引起灵敏度漂移；电容式精度的提高是利用增大电容面积，由于器件的微小型化，其精度因有效电容面积的缩小而难以提高。压电效应纳传感器的灵敏度易漂移，需要经常校正，归零慢，不宜连续测试。隧道效应纳传感器，制造工艺复杂，检测电路也相对较难实现，成品率低，不利于集成。

微机械加速度传感器对角速度的测量是靠检测装置实现力电转换来完成的，其灵敏度、分辨率是十分重要的，由于加速度传感器微型化和集成化，检测的敏感区域随之减小，故而使检测的灵敏度、分辨率等指标已达到敏感区域检测的极限状态，从而限制了加速度传感器检测精度的进一步提高，很难满足现代军事、民用装备的需要。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

有鉴于此，本发明需要提供微机械加速度传感器，该微机械加速度传感器为基于巨磁阻效应的微机械加速度传感器，至少可以提高微机械加速度传感器的检测精度。

本发明提供了一种微机械加速度传感器，包括：键合基板；铁磁性薄膜，铁磁性薄膜设在键合基板底槽的中心位置。加速度敏感体，所述的加速度敏感体设在所述的键合基板上方并与键合基板连接，且加速度敏感体包括：敏感质量块，对应设在底槽上方；巨磁敏电阻，设在敏感质量块上表面，作为敏感部件，且巨磁敏电阻与铁磁性薄膜位置对应；支撑框体，通过悬臂梁与敏感质量块相连接，对敏感质量块起到支撑作用。巨磁敏电阻层可随敏感质量块沿垂直于所述铁磁性薄膜上表面的方向振动。

根据本发明实施例的微机械加速度传感器，采用整体结构设计，结构设计合理，适合器件的微型化。敏感质量块上表面设有巨磁敏电阻，其正对于键合基板上底槽中相应区域制作的铁磁性薄膜。在微弱的磁场变化下巨磁敏电阻的阻值会发生剧烈变化，该变化可以将微机械加速度传感器的灵敏度提高1-2个数量级。本设计的另一特点：由于此处铁磁性薄膜作用是为巨磁敏电阻提供稳定的非均匀磁场，因此，在铁磁性薄膜产生磁场效果不佳或稳定性不易控制的情况下可以考虑利用外置永磁体对铁磁性薄膜加以代替。除以上特点外，该加速度敏感体的检测电路设计简单、使用方便、可靠性好，适合微型化。

根据本发明的一个实施例，所述的键合基板为正方形结构，键合基板上表面的中心位置设有供敏感质量块运动的底槽。

根据本发明的一个实施例，所述的铁磁性薄膜为在半导体材料衬底层上依次排布的多层磁性材料纳米膜结构。

根据本发明的一个实施例，所述加速度敏感体进一步包括：敏感质量块，对应设在键合基板底槽的上方；巨磁敏电阻，设在敏感质量块上表面，作为敏感部件，且巨磁敏电阻与铁磁性薄膜位置对应；支撑框体，通过悬臂梁与敏感质量块相连接，对敏感质量块起到支撑作用。

根据本发明的一个实施例，所述的敏感质量块为正方形，且内嵌在键合基板上的底槽中，并可在此底槽中上、下运动；所述的敏感质量块四周分别通过悬臂梁与支撑框体相连接；所述的敏感质量块的上表面制作有两根巨磁敏电阻，作为敏感机构。

根据本发明的一个实施例，所述的悬臂梁长方体结构，与敏感质量块和支撑框体为一整体结构，且其宽度远大于厚度，保证上下方向刚度远大于水平方向。

根据本发明的一个实施例，所述的巨磁敏电阻为在衬底层上依次排布的巨磁敏材料纳米薄膜层。

根据本发明的一个实施例，所述的巨磁敏电阻设在敏感质量块的上表面，呈形，两根巨磁敏电阻交叉吻合，通过巨磁敏电阻引出线引出，经悬臂梁与巨磁敏电阻电极相连接。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的整体结构图；

图2为本发明实施例的整体结构的俯视图；

图3为本发明实施例的加速度敏感体的立体结构图；

图4为本发明实施例的键合基板整体结构图；

图5为本发明实施例的键合基板俯视图；

图6为本发明实施例的铁磁性薄膜结构图；

图7为本发明实施例的巨磁敏电阻结构图；