[发明专利]一种基于相位检测原理的MEMS压力传感器及制备方法

说明书

本发明提供一种基于相位检测原理的MEMS压力传感器及制备方法，包括：CPW传输线，设置在衬底上，该CPW传输线包括CPW信号线以及位于CPW信号线两侧的CPW地线，CPW信号线与CPW地线相互平行，凹槽设置在衬底上且位于CPW信号线下方；MEMS梁，位于凹槽的底面和靠近CPW地线的两个侧面上并呈倒置的拱桥状，且与CPW地线相连接；MEMS薄膜位于凹槽上方，并与CPW信号线的底面接触，其两端置于CPW地线上，并与凹槽形成密闭腔体。利用密闭腔体来感测外部环境的压强，RF信号在CPW传输线上传输前后的相位差发生变化，从而通过测量RF信号的相位便可获取环境压强。

技术领域

本发明涉及射频微电子机械系统（RF MEMS）技术领域，具体涉及一种基于相位检测原理的MEMS压力传感器及制备方法。

背景技术

压力传感器能感受压力信号，并按照一定规律将压力信号转换成易测量的输出电信号的器件。它广泛用于汽车电子、自动控制、航天航空、生物医疗、环境监测等领域，是产业界常用的传感器之一。随着MEMS技术的发展，利用MEMS微加工工艺制备的压力传感器具有微型化、低功耗、批量化等优势；根据不同的压力测试类型，压力传感器可分为表压式、差压式和绝压式三种类型，而根据不同的压力测试原理，其主要又可分为压阻式、电容式、谐振式和压电式等原理。压阻式压力传感器是基于半导体材料（例如多晶硅等）的压阻效应原理，结构简单，但是受温度影响较大，需要专门抑制温漂设计；电容式压力传感器是基于电容间距或面积变化引起电容变化量原理，其灵敏度较高，但线性度就差，易受干扰；压电式压力传感器是基于材料（如PZT、AlN等）的压电效应原理，其响应速度较快，但压电材料制备复杂，部分难与标准工艺兼容；谐振式压力传感器是基于结构的谐振频率随压力变化原理，其灵敏度较高，但因压力变化对频率偏移改变较小，其分辨能力不高。随着消费电子、工程应用等对压力测量要求不断提高，因而迫切需求一种高能性的MEMS压力传感器，其具有简单灵活结构、高精度、高灵敏度、高分辨率、低成本等特点。现如今对RF MEMS技术进行了深入研究，使基于RF相位检测原理并满足上述特点的MEMS压力传感器成为可能。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种基于相位检测原理的MEMS压力传感器及制备方法，利用衬底上的凹槽和MEMS薄膜组成的密闭腔体来感测外部环境的压强，当密闭腔体的内外压差发生变化时，MEMS薄膜上产生的作用力使其发生挠曲，引起MEMS梁与CPW信号线之间的电容发生变化，进而使得RF信号在CPW传输线上传输前后的相位差发生变化，从而通过测量RF信号的相位便可获取环境压强。

为了实现以上目的，本发明采取的一种技术方案是：

一种基于相位检测原理的MEMS压力传感器，包括：CPW传输线，设置在衬底上，所述CPW传输线包括位于衬底中间部位的CPW信号线以及位于所述CPW信号线两侧的CPW地线，所述CPW信号线与所述CPW地线相互平行，所述衬底上设置凹槽，所述凹槽位于所述CPW信号线中间部位的下方；MEMS梁，位于所述凹槽的底面和靠近所述CPW地线的两个侧面上并呈倒置的拱桥状，与所述CPW地线相连接；MEMS薄膜，位于所述凹槽上方，并与所述CPW信号线的背面相接触，其两端置于所述CPW地线上，并与所述凹槽形成密闭腔体。

进一步地，所述凹槽为U型槽，所述凹槽的轴线与所述CPW信号线平行，所述CPW信号线位于所述凹槽正上方。

进一步地，所述MEMS薄膜与所述凹槽构成的密闭腔体为完全密闭空间，即所述密闭腔体内部空气不与外部空气流通。

进一步地，所述MEMS薄膜与所述CPW信号线为一体关系，即所述CPW信号线位于凹槽正上方的部分能够随着所述密闭腔体的内外压差变化与所述MEMS薄膜一起发生形变。

进一步地，所述衬底和凹槽表面设置一层缓冲介质层。