[发明专利]基于多折叠支撑梁梳齿谐振器的真空检测器件

说明书

本发明公开了一种基于多折叠支撑梁梳齿谐振器的真空检测器件的结构及制作方法，属于微电子机械系统领域。真空检测器件由多折叠支撑梁(1)、固定梳齿(2)和(3)、可动梳齿(4)和(5)、传动梁(6)、阻尼墙(7)、衬底(8)、锚点(9)和焊盘(10)组成。固定梳齿(2)和(3)、阻尼墙(7)竖立在衬底(8)上。可动梳齿(4)和(5)、传动梁(6)、多折叠支撑梁(1)悬浮在衬底(8)上方，并通过多折叠支撑梁(1)上的锚点(9)支撑在衬底(8)上。阻尼墙(7)布置在多折叠支撑梁(1)附近以增强压膜阻尼，使得这种基于多折叠支撑梁梳齿谐振器的真空检测器件具有较高的测量灵敏度。

技术领域

本发明涉及一种真空检测器件，特别是一种基于多折叠支撑梁梳齿谐振器的真空检测器件的结构及制作方法，属于微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)领域。

背景技术

MEMS器件真空封装是在真空环境下采用适当的方法将微小腔体密封起来，从而提供局部的真空环境，使运动部件受到尽量小的空气阻尼。MEMS绝压传感器需要真空封装形成局部真空来作为绝对压力的近似零点。基于谐振结构的微陀螺仪、微加速度计、微振荡器、微滤波器、微超声波传感器、微生物分子质量检测仪等器件需要采用真空封装降低机械运动部件运动时气体的阻尼，提高器件的品质因数，从而提高器件的性能，降低系统消耗的能量。基于热传导原理的非制冷红外探测与成像仪、流量计、微型色谱仪等器件需要真空封装来延长自由粒子的分子平均自由程，抑制热传导，提高器件的灵敏度。

真空封装是在真空环境中进行的，但是封装时的真空度并不等于封装后真空腔体的真空度。任何真空封装的器件都不可能是绝对密封的，都存在一定的泄漏。因此真空封装完成后要对真空腔体内部的压力和漏率进行检测。但是，MEMS器件体积小，常规的真空规管无法对微型真空腔内部的真空度进行测量。

目前常用的MEMS器件真空度检测方法主要有氦气检漏仪、微谐振器Q值检测法和微型皮拉尼规。氦气检漏仪的最小检测漏率为5×10^-13Pa·m³/s，不足以检测MEMS器件的微小腔体的真空度。因为对于体积为10^-4cm³的真空腔体，当漏率等于5×10^-13Pa·m³/s时在4个小时内气压就可以上升到133.3Pa。此外，氦气检漏仪价格昂贵，不能对腔体内部的真空度实时在线检测。微型皮拉尼规内部的薄膜电阻与周围空气的对流换热和腔体内的气体压强有关。当气体压强发生变化时，薄膜电阻与周围空气的对流换热不同，从而改变薄膜电阻的温度。皮拉尼规易于校准、检测灵敏度高，可以检测的最小压强0.1333Pa，最小检测漏率10×10^-18Pa·m³/s。但微型皮拉尼规与某些MEMS器件的制作工艺兼容性差。

微谐振器Q值检测法是通过采用测量真空封装腔体内微谐振器的Q值，反推腔体内的真空度。常用的梳齿谐振器，按支撑梁结构可分为双端固支音叉型、直角型、蟹腿型、弓型和多折叠型。Rob N.Candler等人采用基于双端固支音叉梁的梳齿谐振器检测测量真空度。Yu-T.Cheng等人采用基于直角型支撑梁的梳齿谐振器检测测量真空度。Mu Chiao等人采用基于蟹腿型梁的梳齿谐振器测量真空度。上述梳齿谐振器的阻尼主要是滑膜阻尼，压膜阻尼较小，因此测量真空度时灵敏度较小。

发明内容

本发明的目的在于发明一种高灵敏度真空检测器件以检测真空封装腔体内的真空度。