[发明专利]一种基于隧道磁阻效应的MEMS微流速传感器

权利要求书

1.一种基于隧道磁阻效应的MEMS微流速传感器，其特征在于，该传感器包括圆柱型硅毛发体(2)第一隧道磁阻传感器(4)、第二隧道磁阻传感器(5)、绝缘层(6)和底层基座(7)组成；其中，绝缘层(6)位于底层基座(7)的正上方，圆柱型硅毛发体(2)垂直安装在绝缘层(6)的中心位置，第一隧道磁阻传感器(4)和第二隧道磁阻传感器(5)安装在绝缘层(6)的两侧并关于圆柱型硅毛发体(2)对称分布，圆柱型硅毛发体(2)的顶部包含刻蚀的电磁激励线圈(3)用于产生磁场；当沿着水平方向有流速(1)输入时，圆柱型硅毛发体(2)产生偏移，使得第一隧道磁阻传感器(4)和第二隧道磁阻传感器(5)周围的磁场分布失衡，通过对圆柱型硅毛发体(2)两侧第一隧道磁阻传感器(4)和第二隧道磁阻传感器(5)输出电压的测量以实现流速信号的测量。

2.根据权利要求1所述的一种基于隧道磁阻效应的MEMS微流速传感器，其特征在于：所述第一隧道磁阻传感器(4)和第二隧道磁阻传感器(5)由矩形块以“蛇形”结构串联而成，位于绝缘层(6)左右中心线AB两侧对称分布，且第一隧道磁阻传感器(4)和第二隧道磁阻传感器(5)位于绝缘层(6)前后中心线CD上对称分布；电磁激励线圈(3)由矩形块以“环形”结构串联而成，位于绝缘层(6)左右中心线AB上，且左右对称分布，同时电磁激励线圈(3)位于前后中心线CD上，且前后对称分布；第一隧道磁阻传感器(4)和第二隧道磁阻传感器(5)位于电磁激励线圈(3)的左右两侧，且第一隧道磁阻传感器(4)和第二隧道磁阻传感器(5)距离电磁激励线圈(3)左右的距离相等，且对称分布。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于隧道磁阻效应的MEMS微流速传感器，其特征在于：所述第一隧道磁阻传感器(4)和第二隧道磁阻传感器(5)均由六层结构叠加而成，从上至下分别为顶层电极(8)、自由层(9)、隧道势垒层(10)、铁磁层(11)、反铁磁层(12)、底层电极(13)；其中，铁磁层(11)的磁场极化方向(15)由铁磁层(11)和反铁磁层(12)的相互作用预先设定，自由层(9)的磁场极化方向(14)由外界电磁激励线圈(3)产生的磁场决定。

4.根据权利要求3所述的一种基于隧道磁阻效应的MEMS微流速传感器，其特征在于：所述第一隧道磁阻传感器(4)的两端电极(16、17)通过电极引线由第一、二电极(22、23)引出，其中第一隧道磁阻传感器(4)的前端电极(16)与第一电极引线(22)相连接，第一隧道磁阻传感器(4)的后端电极(17)与第二电极引线(17)相连接；第二隧道磁阻传感器(5)的两端电极(18、19)通过电极引线由第三、四电极(24、25)引出，其中第二隧道磁阻传感器(5)的前端电极(17)与第三电极(24)相连接，第二隧道磁阻传感器(5)的前端电极(18)与第四电极(25)相连接；电磁激励线圈(3)的两端电极(20、21)通过电极引线又第五、六电极(26、27)引出，其中电磁激励线圈(3)的前端电极(20)与第五电极(26)相连接，电磁激励线圈(3)的前端电极(21)与第五电极(27)相连接。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种基于隧道磁阻效应的MEMS微流速传感器的制作方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)对于上层结构部分，抛光硅片(28)并通过掩膜版在硅片(28)上刻蚀台阶，然后通过电镀Cu工艺在硅片(28)非镂空实体的顶部电镀Cu引线生成电磁激励线圈(3)；

(2)对于底层结构部分，首先在玻璃基板(29)刻蚀玻璃凹槽并溅射Au电极(30，301,302)，Au电极(301,302)在Au电极(30)的两侧并关于Au电极(30)对称分布；其次在Au电极(301，302)的上方沉积复合层制作隧道磁阻传感器(4，5)，并在隧道磁阻传感器(4、5)的正上方溅射Au电极(31)，Au电极(301、31)作为隧道磁阻传感器(4)的引出电极，Au电极(302、31)作为隧道磁阻传感器(5)的引出电极；而且玻璃基板(29)作为绝缘层(6)；

(3)在上层硅结构和底层结构加工完成之后，通过玻璃-硅阳极键合的工艺在Au电极(30)的正上方实现上层硅结构和底层结构的键合；

(4)通过腐蚀工艺对硅结构进行释放，去除上层硅结构的镂空部分，生成圆柱型硅毛发体(2)，将键合后的上下层结构安装在底层基座(7)上以实现基于隧道磁阻效应的MEMS微流速传感器的制作。