[发明专利]压阻式微型电场传感器及其制备方法、电场传感器

说明书

一种压阻式微型电场传感器及其制备方法、电场传感器，其中压阻式微型电场传感器包括：衬底；设置在衬底顶部的锚区；与锚区连接的压阻拾振元件，用于将电场强度转化为电阻值变化；以及悬空设置在衬底上方的振动薄膜，振动薄膜通过支撑梁与压阻拾振元件连接，用于感应电场的变化；振动薄膜在电场力作用下产生位移，从而导致压阻拾振结构的阻值发生改变。本发明公开的压阻式微型电场传感器不需要额外引入驱动电压，具有功耗低、可实现交直流宽频带电场测量的特点，并且压阻检测得到的信号更强，信噪比高，同时体积小、结构简单，有益于实现批量化制造和系统集成。

技术领域

本发明涉及传感器领域和微机电系统领域，尤其涉及一种压阻式微型电场传感器及其制备方法、电场传感器。

背景技术

基于微机电系统(MEMS)的电场传感器是一种用来测量电场强度的器件，广泛应用于气候气象、电力电网、石油化工、航空航天等各个领域。当电场传感器组成无线传感网络用于电力电网监测时，传感节点的能耗和体积问题是不得不考虑的问题。

随着MEMS技术的发展，相对于传统电场传感器，基于MEMS技术的电场传感器体积减小、更易制造和集成。其中大多数提出的MEMS电场传感器都是利用外加驱动电压来驱使驱动结构发生位移，然后基于电荷感应原理实现对待测电场的测量，其受限于工作原理的限制，也带来功耗较高的缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种压阻式微型电场传感器及其制备方法、电场传感器，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

为实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明公开了一种压阻式微型电场传感器，包括：

衬底；

多个锚区，均设置在衬底上，用于支撑和固定压阻拾振元件；

压阻拾振元件，与锚区连接，用于将电场强度转化为电阻值变化；以及

振动薄膜，悬空设置在衬底上方，且通过支撑梁与压阻拾振元件连接，用于感应电场的变化；振动薄膜在电场力作用下产生位移，从而导致压阻拾振结构的阻值发生改变。

作为本发明的另一个方面，本发明还公开了一种压阻式微型电场传感器的制备方法，包括：

步骤1：在SOI晶圆顶部的器件层上方光刻胶层刻画图案，所述图案包括：振动薄膜形状图案、支撑梁形状图案、压阻拾振元件形状图案和锚区形状图案；

步骤2：依据步骤1中所述图案刻蚀SOI晶圆顶部的器件层，形成振动薄膜、支撑梁、压阻拾振元件和锚区，并去除光刻胶层；

步骤3：在SOI晶圆底部的衬底硅层刻蚀出窗口；

步骤4：通过窗口刻蚀SOI晶圆中部的氧化层，形成衬底，并最终释放器件层，完成压阻式微型电场传感器的制备。

作为本发明的又一个方面，本发明还公开了一种电场传感器，内含有上述的压阻式微型电场传感器。

基于上述技术方案可以看出，本发明压阻式微型电场传感器及其制备方法、电场传感器相对于现有技术至少具有以下优势之一：

1、本发明提供的压阻式微型电场传感器在高强度电场激励下(例如电场强度≥10kV/m)，通过振动薄膜在电场力作用下产生位移，导致压阻拾振元件的阻值发生改变，并输出与被测电场或电压成正比的信号；因此不需要额外引入驱动电压，具有功耗低的特点，同时可实现交直流宽频带电场测量；

2、本发明提供的压阻式微型电场传感器利用压阻检测得到的信号，具有信号强度更强，信噪比高，且电场传感器阻抗小的技术特点；