[发明专利]一种压阻式MEMS温度传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器，尤其涉及一种压阻式MEMS温度传感器及其制作方法。

背景技术

开关柜结构紧凑，空间环境复杂，存在高电压、高温度、强磁场及极强的电磁干扰环境，一般的温度传感器很难精确的测量到精确位置的温度。市面上已有的测温技术如红外测温技术，属于非接触式测温方式，基于黑体辐射定律的原理，任何高于绝对零度的物体都在发射出辐射能，物体温度通过红外辐射能量的大小及波长分布来表现。但是红外测温仪测温时需安装固定，并且受到开关柜内部复杂结构的影响只能得到部分位置的温度，通用性差；声表面波无线温度传感器由天线、叉指换能器、反射栅以及压电基片组成，其测温原理是传播在压电基片表面的声表面波，其波长和波速会随基片表面或内部因素(温度)的改变而变化。这种系统安装简单，但是成本较高，测温范围小，可靠性低。随着微纳电子工艺的发展，一种基于微机电系统(MEMS)的温度传感器逐步发展，其功耗低，抗干扰能力强，由于其体积很小，通常可以放在任何需要测温的位置，具有极高的可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种压阻式MEMS温度传感器，解决了现有技术中存在的问题，即可以实现任意位置的温度监测，也具有较高的灵敏度、较高的可靠性。

本发明所采用的技术方案是，一种压阻式MEMS温度传感器，其采用双层膜结构，上层为热膨胀系数较大的金属铝膜，下层为SOI器件层的半导体硅，硅的表面进行离子注入，在半导体硅的表面设置四个扩散电阻，组成惠斯通电桥。

优选地，将惠斯通电桥的四个电阻布置在不同的四个悬臂梁的相同位置，引线将四个电阻连接成惠斯通电桥。

优选地，其采用悬臂梁式结构。

优选地，所述电阻的位置大致在距离悬臂梁固定端20μm处。

优选地，所述悬臂梁的长度L为500μm，宽度为50μm，铝层厚度为1.5μm，硅层厚度为8μm。

优选地，所述的压阻式MEMS温度传感器用于开关柜温度监测。

本发明还提供一种制作所述压阻式MEMS温度传感器的方法，制作工艺步骤如下：

(1)要在N型SOI硅片的表面进行离子注入，形成电阻；

(2)用BF(氟化硼)进行离子注入，其过程为：利用经过了电场加速的元素离子以一定速度射入固体材料表面形成掺杂；

(3)确定接触孔，由于在硅片的表面形成电阻，接触孔就是一个导电端子，对电阻形成的惠斯通电桥供电或者输出，其材料是采用上层膜结构中的铝；

(4)形成氧化层，溅射铝层；

(5)正面涂PI胶固化；

(6)反面刻蚀，掏空，释放悬臂梁。

本发明提供的所述压阻式MEMS温度传感器，功耗低，抗干扰能力强，由于其体积很小，通常可以放在任何需要测温的位置，采用微机械结构具有极高的灵敏度和可靠性。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是本发明硅微桥式MEMS温度传感器的结构示意图；

图2是悬臂梁式MEMS温度传感器的结构示意图；

图3是惠斯通电桥的结构示意图；

图4是SOI硅片结构示意图；

图5是制作温度传感器过程中离子注入工艺示意图。

图中：1-硅微桥；2-悬臂梁；3-离子源；4-真空泵；5-质量分析器；6-加速器；7-中性束偏移器；8-聚焦系统；9-偏移扫描系统；10-硅片。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。

如图1-5所示，本发明提供了一种压阻式MEMS温度传感器，主要采用双层膜结构和惠斯通电桥技术，能够放在狭窄的空间内直接进行点位置的温度测量。

其中，所述双层膜结构上层为热膨胀系数较大的金属铝膜，下层为SOI(Silicon-On-Insulator，即绝缘衬底上的硅)器件层的半导体硅，SOI的结构如图4所示。原理是：具有不同膨胀系数的几种材料组合成的物体，在温度发生均匀变化时，由于热膨胀系数不同，物体中不同材料的自由膨胀受到各个部分之间的相互约束，从而产生温度应力。半导体硅选择N型或者P型均可。