[发明专利]一种高灵敏度电容式微机械温度传感器有效

专利信息
申请号: 201310392664.2 申请日: 2013-09-02
公开(公告)号: CN103424208A 公开(公告)日: 2013-12-04
发明(设计)人: 王立峰;任青颖;黄庆安 申请(专利权)人: 东南大学
主分类号: G01K7/34 分类号: G01K7/34;B81B7/02
代理公司: 南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙) 32249 代理人: 杨晓玲
地址: 211103 *** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 灵敏度 电容 式微 机械 温度传感器
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种微机械温度传感器,特别设计一种高灵敏度电容式微机械温度传感器。

背景技术

由于温度和人们的日常生活紧密相关,因此人们很早就开始了对于温度的测量和温度传感器的开发。目前已有的温度传感器的种类繁多,测温原理各不相同,凡是有温度效应的物理或化学过程都可以用作温度传感器的测温原理。纵观温度传感器的发展历程,温度传感器大致是从传统的分立式温度传感器朝着智能化的集成式温度传感器方向发展。传统的温度传感器有着各自不可替代的优点,不过其体积大、一致性差等问题还是制约了其在便携式设备和微型电子产品中的应用。而半导体集成温度传感器则具有体积小、热容小和响应快等传统分立温度传感器不具备的优势。

由于半导体加工技术的进步,许多传统的分立式温度计的测温原理都可以移植到半导体集成温度传感器上。常见的半导体集成温度传感器有铂电阻式、热敏电阻式、热电偶式、PN结式等等。随着MEMS(微机电系统)技术的出现,又发展出了压阻式、谐振式、多晶硅微桥式和双金属悬臂梁式等等MEMS温度传感器。目前已有的集成温度传感器大都是以电阻或电流作为敏感输出,这些传感器的最大缺点就是功耗较大,并且其自加热效应会对温度测量照成影响。

发明内容

发明目的:针对上述现有技术,提供一种高灵敏度电容式微机械温度传感器,可以提高电容式微机械温度传感器的灵敏度。

技术方案:一种高灵敏度电容式微机械温度传感器,包括半导体衬底、多层膜悬臂梁结构、设置在所述半导体衬底表面的绝缘介质层、第一引线键合区、第二引线键合区;所述多层膜悬臂梁结构由从下至上依次设置的半导体薄膜、绝缘介质膜和金属膜组成;所述多层膜悬臂梁结构的一端与所述半导体衬底连接形成固定端,所述多层膜悬臂梁结构的另一端悬空设置形成可动端,所述可动端高于所述固定端呈上翘形状,且所述多层膜悬臂梁在水平方向上与所述半导体衬底之间形成间隙;所述多层膜悬臂梁结构固定端侧的金属膜的上表面低于所述衬底硅的上表面,所述可动端侧的金属膜的下表面高于所述衬底硅的上表面;所述第一引线键合区与所述金属膜连接,所述第二引线键合区与所述半导体薄膜连接。

作为本发明的改进,所述多层膜悬臂梁结构成梳齿状排布,所述梳齿状多层膜悬臂梁结构与所述半导体衬底形成梳齿电容。

作为本发明的优选方案,所述半导体衬底为硅衬底或砷化镓衬底。

作为本发明的优选方案,所述半导体薄膜为硅膜或砷化镓膜。

有益效果:与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:

1.本发明的温度传感器结构形成了平行平板电容和梳齿电容,平行平板电容由金属膜与半导体薄膜形成,梳齿状多层膜悬臂梁结构的可动端上翘且在水平方向上与半导体衬底之间形成细小间隙,使金属膜与衬底形成了梳齿电容。本发明温度传感器的温度敏感电容由平行平板电容加上金属膜与梳齿电容组成,温度的变化将导致平行平板电容和梳齿电容同时同向(同增或同减)变化,因此较传统电容式微机械温度传感器的温度敏感电容大,故传感器的灵敏度高。

2.本发明的温度传感器采用电容作为敏感元件进行温度测量,由于电容不存在直流功耗,且电容测量时只需要使用交流小信号,因此传感器功耗极低、且没有自加热效应。

附图说明

图1是本发明的俯视图;

图2是本发明结构沿A-A’的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1、图2所示,一种高灵敏度电容式微机械温度传感器,包括半导体衬底1、多层膜悬臂梁结构2、设置在所述半导体衬底1表面的绝缘介质层3、第一引线键合区4、第二引线键合区5。多层膜悬臂梁结构2由从下至上依次设置的半导体薄膜23、绝缘介质膜22和金属膜21组成,该绝缘介质膜22可以为二氧化硅。多层膜悬臂梁结构2的一端与半导体衬底1连接形成固定端24,多层膜悬臂梁结构2的另一端悬空设置形成可动端25,可动端25高于固定端24,且呈上翘形状。多层膜悬臂梁2在水平方向上与半导体衬底1之间形成窄小间隙。多层膜悬臂梁结构2固定端24侧的金属膜21的上表面低于衬底硅1的上表面,可动端25侧的金属膜21的下表面高于衬底硅1的上表面。第一引线键合区4与金属膜21连接,第二引线键合区5与半导体薄膜23连接。

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