[发明专利]一种传感器

说明书

本发明公开了一种传感器，包括第一衬底以及通过第一间隔部支撑在第一衬底上方的振膜，检测结构包括第一磁体、第二磁体，以及设置在第一磁体、第二磁体形成共同磁场中的磁阻传感器；初始位置时，所述磁阻传感器位于第一磁体的磁场方向与第二磁体的磁场方向相反的位置；所述磁阻传感器被配置为在振膜的振动过程中感应第一磁体、第二磁体共同磁场的变化而输出变化的电信号。本发明的传感器，当磁阻传感器随着振膜振动的时候，磁阻传感器会以其初始位置上下振动。由于磁阻传感器同时受到两个磁体的作用，该两个磁体配合在一起，降低了整个磁场的强度，并在磁阻传感器的线性范围内提高了磁场变化的灵敏度，最终提高了磁阻传感器的检测灵敏度。

技术领域

本发明涉及测量领域，更准备地说，本发明涉及一种传感器，例如麦克风、压力传感器、位移传感器。

背景技术

现有主流的传感器，例如麦克风、压力传感器、位移传感器等，均是通过平板电容器的原理进行检测。例如在麦可风的结构中，平板电容器包括衬底以及形成在衬底上的背极板、振膜，背极板与振膜之间具有间隙，使得背极板、振膜构成了平板式的电容器感测结构。

为了充分利用振膜的机械灵敏度，麦克风需要设计一个具有环境压力的巨大后腔，以确保流动空气的刚性远远振膜。背腔的容积通常远大于1mm³，例如通常设计为1-15mm³。而且麦克风芯片在封装的时候，需要开放其腔体。这就限制了MEMS麦克风最小尺寸封装的设计(3mm³)。

这是由于如果后腔容积过小，则不利于空气的流通，这种空气的刚性则会大大降低振膜的机械灵敏度。另外，为了均压，背极板上通常会设计密集的通孔，由于空气粘度造成的间隙或穿孔中的空气流动阻力成为MEMS麦克风噪声的主导因素，从而限制了麦克风的高信噪比性能。

在传统的利用磁阻原理进行检测的结构中，采用的是单磁体、单磁阻传感器的检测结构。由于磁阻传感器的线性范围很窄，因此造成磁阻传感器的检测灵敏度很低。

图7a示出了现有技术中单磁体、单磁阻传感器分布的坐标图，其中磁体的中心位置为坐标原点。图7b示出了图7a中的磁场分布仿真图。永磁体的尺寸为10μm*5μm*0.5μm，横坐标代表磁阻传感器相对于永磁体中心的竖直距离z(m)，纵坐标代表磁场强度Bx(T)以及磁场变化梯度dB/dz(T/m)。图中的线a代表Bx(T)随着z(m)的变化曲线，线b代表磁场变化梯度dB/dz(T/m)随z(m)的变化曲线。

从图7b可以看出磁阻传感器(例如巨磁阻GMR)线性检测区域的起点为距离永磁体的中心z(m)约为18μm的位置。此时磁场变化梯度dB/dz(T/m)约为4700T/m(在10⁴T/m以下)。麦克风本征灵敏度最大值Soc＝V_B*S_R*S_B*S_M～2V*(0.3％/Gs)*(10⁴T/m)*(5nm/Pa)＝3mV/Pa，远低于常规麦克风的灵敏度13mV/Pa。其中V_B为GMR偏压，S_R＝(ΔR/R)/ΔB，S_B＝ΔB/ΔZ为磁场梯度，S_M＝ΔZ/ΔP为机械灵敏度。

因此，需要提出一种新的磁传感器检测结构，以提高检测的灵敏度。

发明内容

本发明的一个目的是提供了一种传感器的新的技术方案。

根据本发明的第一方面，提供一种传感器，包括第一衬底以及通过第一间隔部支撑在第一衬底上方的振膜，还包括用于输出表征振膜形变电信号的检测结构；所述检测结构包括第一磁体、第二磁体，以及设置在第一磁体、第二磁体形成共同磁场中的磁阻传感器；其中，

初始位置时，所述磁阻传感器位于第一磁体的磁场方向与第二磁体的磁场方向相反的位置；