專利名稱：以mems技術(shù)制造的半導(dǎo)體材料的集成三軸磁力計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以MEMS技術(shù)形成的半導(dǎo)體材料的集成MEMS磁力計。
背景技術(shù)：
如已知的，磁力計是允許對外部磁場(例如，地球的磁場)進行測量的設(shè)備。已知的磁力計屬于兩種類別標(biāo)量磁力計，其只能測量磁場的量值；以及矢量磁 力計，其能夠測量磁場沿空間中三個軸的分量。已知的磁力計根據(jù)不同的原理進行操作。舊有的磁力計是針式羅盤，其中磁化材 料的針能夠使其自身平行于磁場定向。此外，已知的磁力計有線圈磁力計，其利用線圈中 的電磁感應(yīng)來測量外部磁場；霍爾效應(yīng)傳感器，其基于測量由橫貫的電流流過、沉浸在具有 垂直分量的磁場中的傳導(dǎo)區(qū)域的兩個端子之間存在的電壓；質(zhì)子磁力計，其利用質(zhì)子的固 有磁通量；以及磁阻傳感器，其利用適當(dāng)?shù)蔫F磁性材料(稱為磁阻材料，例如由Fe-Ni合金 構(gòu)成的稱為“坡莫合金”的材料)以用于在外部磁場存在的情況下修改其自身的阻抗。已知的磁力計具有相當(dāng)?shù)某叽绾?或?qū)е麓鷥r高昂的制造過程，這使其無法被集 成在集成器件中，或者需要復(fù)雜和高代價的集成。另一方面，小尺寸和低成本的磁力計是各種應(yīng)用所期望的，諸如集成在高級蜂窩 電話中的導(dǎo)航系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷的集成磁力計。根據(jù)本發(fā)明，提供一種以MEMS技術(shù)制造的半導(dǎo)體材料的集成三軸磁力計，包括第一懸掛物體和第二懸掛物體，其限定一個平面，并且被配置為由以相互橫貫的 方向在所述平面中流動的相應(yīng)電流流過；第一下部電極和第二下部電極，其每一個都電容耦合至相應(yīng)的懸掛物體；移動傳感電極，其由所述第一懸掛物體承載；以及固定傳感電極，其電容耦合至相應(yīng)的移動傳感電極，所述第一懸掛物體配置用于當(dāng)存在如下磁場時沿相對于所述平面的橫貫方向移 動靠近/遠離所述第一下部電極，其中該磁場在平行于所述平面并且橫貫在所述第一懸掛 物體中流動的電流的第一方向中具有分量；所述第二懸掛物體配置用于當(dāng)存在如下磁場時沿所述平面的橫貫方向移動靠近 /遠離所述第二下部電極，其中該磁場在平行于所述平面并且橫貫在所述第二懸掛物體中 流動的電流的第二方向中具有分量；以及所述第一懸掛物體配置用于當(dāng)存在如下磁場時，沿平行于所述平面并且橫貫在 所述第一懸掛物體中流動的電流的方向移動，其中該磁場在垂直于所述平面的第三方向中 具有分量。


為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)在僅以非限制性示例的方式參考附圖來描述其優(yōu)選實 施方式，其中圖1示出了本發(fā)明磁力計所采用的、作用于由電流流過并沉浸在磁場中的導(dǎo)體上 的洛倫茲力；圖2示出了本發(fā)明磁力計的一個實施方式的簡化頂視平面圖；圖3示出了沿平面III-III取得的圖2中磁力計的剖面；圖4示出了沿平面IV-IV取得的圖2中磁力計的剖面；圖5示出了當(dāng)存在平行于磁力計表面的外部磁場時圖4的剖面；圖6示出了當(dāng)存在與圖5相同的外部磁場時沿平面VI-VI取得的圖2中磁力計的 剖面；圖7示出了當(dāng)存在與圖5中相同的外部磁場時沿平面VII-VII取得的圖2中磁力 計的剖面；圖8示出了當(dāng)存在垂直于磁力計表面的外部磁場時圖2中磁力計的簡化頂視平面 圖；圖9示出了當(dāng)懸掛物體關(guān)于水平軸振蕩時場的方向；圖10示出了將在圖9的情況中使用的乘法的系數(shù)表；圖11-圖17每一個示出了本發(fā)明磁力計的不同實施方式的僅一個象限；以及圖18示出了包括本發(fā)明磁力計的電子裝置的框圖。
具體實施例方式本發(fā)明三軸磁力計采用了作用在由MEMS技術(shù)制造的懸掛物體形成的兩個導(dǎo)體上 的洛倫茲力。如已知的，洛倫茲力是作用于在磁場中運動的帶電物體上的力，并且其方向總是 垂直于運動方向。由此，由于電流是由電荷的運動構(gòu)成，因此基于洛倫茲定律，長度為1、由 電流I流過并且沉浸在磁場B中的導(dǎo)體C(參見圖1)所受到的力F為F = I · IXB進入紙張的平面。在本發(fā)明磁力計中，該力使用這樣的至少兩個物體來檢測，所述至少兩個物體懸 掛在襯底上(與其電容耦合)，并且由沿兩個相互垂直的方向流動的相應(yīng)電流橫貫。兩個物 體之一連接至面向相應(yīng)固定電極的移動電極。根據(jù)外部磁場的方向，物體移動去往或者遠 離襯底，從而改變與襯底的耦合電容，或者水平地移動，從而改變移動電極相對于固定電極 的耦合電容。由此，對這些電容變化的檢測允許計算外部磁場的量值和方向。采用這一原理，圖2中示出了以MEMS技術(shù)形成的平面磁力計的一個實施方式，其 包括四個懸掛物體1-4，沿兩個笛卡爾軸X、Y兩兩對稱地布置，并且每個懸掛物體通過其相 應(yīng)的成對彈簧對6被支撐在懸掛物體1-4共用的錨具7與自身的外圍錨具8之間。這里， 懸掛物體1-2和3-4具有矩形形狀，其長邊分別平行于X軸和Y軸。一般而言，懸掛物體 1-4相對于平行于X軸和Y軸的相應(yīng)中軸而言具有對稱的形狀，并且關(guān)于這些軸對稱地布 置。兩個懸掛物體(例如，沿Y軸對準(zhǔn)的懸掛物體1和2)承載兩個懸掛臂10，其從懸掛物體1、2的長邊的中點處延伸。懸掛臂10垂直于懸掛物體1、2的長邊并由此平行于X軸而 延伸；懸掛臂10轉(zhuǎn)而承載移動電極11，移動電極11垂直于相應(yīng)的懸掛臂10并由此平行于 Y軸而延伸。移動電極面對相應(yīng)的固定電極12，固定電極12通過相應(yīng)的固定臂13相互連接。如圖2的放大細節(jié)中所示，彈簧6例如可以是折形。在此情況下，結(jié)構(gòu)并非完全對 稱的，因為彈簧的末端位于對稱軸的兩個不同側(cè)，并且不是鏡面對稱的。圖3和圖4示出了圖2中磁力計的兩個剖面，這兩個剖面分別是沿X軸的對稱平 面并由此橫貫懸掛物體3和4取得的，以及沿著平行于前一個平面并且穿過從懸掛物體1 延伸的懸掛臂10的平面IV-IV取得的。具體地，磁力計形成在芯片15中，其包括單晶硅的襯底16，其上覆有例如熱生長 氧化物的絕緣層17 ；多晶硅的傳導(dǎo)區(qū)域18，其在絕緣層17上延伸，并且包括接觸和偏壓區(qū) 域18a (在錨具7、8以及固定區(qū)域12、13之下)，下部電極18b (在懸掛物體1_4之下)以及 電連接線(未示出)。例如，圖3示出了布置在懸掛物體3和4之下的兩個下部電極18b，而圖4示出了 在懸掛物體1之下延伸的一個下部電極18b。下部電極18b所具有的面積略大于懸掛物體 1-4，使得懸掛物體1-4在平面X-Y中的任何可能移動不會導(dǎo)致懸掛物體1-4與相應(yīng)下部電 極18b之間的電容改變，這將在此后詳述。某些接觸和偏壓區(qū)域18a與中央錨具7和外圍 錨具8接觸，從而為懸掛物體1-4提供電流I，電流I從各外圍錨具8向中央錨具7流動，如 圖2所示。而且，氣隙19將懸掛區(qū)域(懸掛物體1-4，彈簧6，懸掛臂6，以及移動電極11) 與下層結(jié)構(gòu)隔開。此外，圖3示意性地示出了電子部件20，其集成在同一芯片15中，并且適于生成磁 力計的偏壓量以及處理由本發(fā)明磁力計提供的信號。而且，以未示出的方式，固定電極12和固定臂13至少部分地通過傳導(dǎo)區(qū)域18 (未 示出)連接至電子部件20，其中該傳導(dǎo)區(qū)域18類似于圖3和圖4中可見的傳導(dǎo)區(qū)域18a、 18b。示出的磁力計的典型尺寸是從0.6X0. 6mm到3X3mm，并且由此可以容易地安裝 在諸如蜂窩電話、PDA等便攜式設(shè)備中。圖2-圖4的磁力計可以使用制造MEMS器件中的常見技術(shù)來制造。例如，示出的 結(jié)構(gòu)可以這樣獲得在多晶硅襯底16上沉積絕緣層17，其中在將要提供電子部件20處(電 路區(qū))或者將被用作MOS晶體管的柵極氧化物處，絕緣層17可被移除。沉積并定形多晶硅 層，從而獲得傳導(dǎo)區(qū)域18，傳導(dǎo)區(qū)域18包括接觸和偏壓區(qū)域18a、下部電極18b以及電連接 線(未示出)。在電路區(qū)可以去除多晶硅層或是形成MOS晶體管的柵極區(qū)域。繼而，沉積犧 牲層，例如氧化硅層，并且在沉積多晶籽晶(seed)層之后，外延生長多晶硅的結(jié)構(gòu)層。在此 步驟中，電路區(qū)(提供電子部件20處)可以被保護，或者可以在先行移除犧牲層之后外延 生長。利用特定的安排，在此區(qū)中，結(jié)構(gòu)層可以是單晶體，從而允許電子部件20在沒有任何 缺陷的情況下集成在形成結(jié)構(gòu)層的相同外延層中。繼而，對結(jié)構(gòu)層進行掩膜和光刻限定，從而獲得用于懸掛區(qū)域的期望配置。最后， 移除犧牲層。電路可以在限定懸掛結(jié)構(gòu)之前集成。
下面描述圖2-圖4的磁力計的操作。假設(shè)該磁力計沉浸在磁場Bl中，該磁場Bl平行定向并且與X軸同向(參見圖5 和圖6，其分別示出了圖2的磁力計的剖面圖以及平行于先一個平面并且橫貫懸掛物體2的 剖面)，并且朝向中央錨具7的電流I流過懸掛物體1-4，如圖2。在此情況下(參見圖5-圖7)，作為洛倫茲力的結(jié)果，力Fl作用在懸掛物體1上 從而使其遠離襯底16 (在圖2的頂視平面圖中，朝向觀察者)，并且力F2作用于懸掛物體2 從而使其朝向襯底16移動(在圖2的頂視平面圖中，遠離觀察者)。這使得懸掛物體1與 相應(yīng)下部電極18b之間的電容降低，而懸掛物體2與相應(yīng)下部電極18b之間的電容增加。顯然，如果磁場Bl具有相反的定向，則懸掛物體1靠近襯底16，并且懸掛物體2遠 離襯底16，從而具有相反的電容變化。在任一情況中，可以通過利用電子部件20獲得的專門提供的讀取電路來檢測電 容變化，并且電子部件20還能夠根據(jù)檢測到的電容變化來計算磁場Bl的量值和方向。懸掛物體3和4則沒有受到任何力的影響，因為流過它們的電流I平行于磁場B。反之，對于平行定向并且與Y軸同向的磁場B2，懸掛物體1和2不會受到任何力 (其電流I平行于磁場B)，而物體3和4受到與圖5-圖7中的懸掛物體1、2的力Fl和F2 相同方向的相應(yīng)力。由此，懸掛物體3遠離相應(yīng)的下部電極18b，從而降低耦合電容，并且懸掛物體4靠 近相應(yīng)的下部電極18b，從而增加耦合電容。而且，在這種情況下，讀取電路20能夠根據(jù)檢測到的電容變化來檢測磁場B的方
向和量值。在外部磁場B3平行于X軸(在圖8中垂直于紙面)的情況下，懸掛物體1-4受到 力F3-F6，其定向在紙面XY中，并且由此在該平面XY中移動。具體地，在圖8所示的情況 中，磁場B3進入紙面(遠離觀察者)，懸掛物體1向右移動，懸掛物體2向左移動，懸掛物體 3向上移動，懸掛物體4向下移動。懸掛物體1和2的位移引起懸掛臂10的相應(yīng)移動；由此，布置于懸掛物體1 一側(cè) (圖右)的移動電極11靠近相應(yīng)的固定電極12 ；反之，布置于懸掛物體1另一側(cè)的移動電 極11 (圖左)遠離相應(yīng)的固定電極12。由此，移動電極11與固定電極12之間的電容在圖 8的第一象限和第三象限中增加，并且移動電極11與固定電極12之間的電容在第二象限和 第四象限中減小。讀取電路20可以檢測到此電容變化，并可由此確定場的量值和方向。而懸掛物體3和4的位移不起作用，因為它們與下部電極的距離沒有改變，如上所 述，下部電極具有較大的面積，并且不會與懸掛電極連接。存在具有相反方向的磁場B3當(dāng)然將引起在相反方向上的移動以及相反的電容變 化。在圖2-圖7的磁力計中，對外部磁場的檢測可以僅僅使用由相互垂直的電流流過 的兩個懸掛物體(例如，懸掛物體1、3)來執(zhí)行。然而，存在由定向相反的電流I流過的成 對懸掛物體1-2以及3-4允許差分讀取，例如用以抵消與例如寄生電容以及可能的應(yīng)力狀 態(tài)有關(guān)的共態(tài)干擾。如果磁場B不是垂直于平面XY，而是相對于垂直方向具有角度θ，或者如果由于 作用在懸掛物體1-4上的力而使它們旋轉(zhuǎn)了角度θ (參見圖9)，則其受到等于Bcos θ的場的分量。在這種情況下，讀取電路20必須將場B的量值的數(shù)值乘以修正因子k(在圖10中 示出)。圖11-圖16示出了圖2的磁力計的變體。為簡便起見，并且根據(jù)結(jié)構(gòu)關(guān)于X軸和 Y軸的對稱性，這些圖僅示出了第二象限，并且可以通過關(guān)于X軸和Y軸翻轉(zhuǎn)示出的部分結(jié) 構(gòu)而獲得完整的結(jié)構(gòu)。而且，為簡便起見，圖11-圖15沒有示出固定電極12或者固定臂 13。具體地，在圖11中，未與懸掛物體1連接的懸掛臂10的末端連接至成對支撐彈簧 25的第一端，其第二端連接至相同的支撐錨具26。這里，兩個支撐彈簧25是折形的，并且 關(guān)于懸掛臂10的長軸對稱地延伸。磁力計的第一象限、第三象限和第四象限的懸掛臂10 提供有類似的支撐彈簧(未示出)。以此方式，獲得了磁力計的各個部分的共振頻率的劃分。在圖12中，仍為矩形形狀的懸掛物體1和3(以及懸掛物體2和4，未示出)不再 中央錨定以及錨定在布置于對稱軸上的外圍錨具中，而是由四個相應(yīng)的側(cè)部彈簧28支撐， 每個側(cè)部彈簧28從相應(yīng)的銳邊延伸。特別地，從懸掛物體1、3的外部銳邊延伸的側(cè)部彈簧 28部分地面向相應(yīng)的懸掛物體1、3，并且部分地在后者上側(cè)突出，并且通過自身的錨具29 錨定至末梢端。從每個懸掛物體1、3的內(nèi)部銳邊延伸的側(cè)部彈簧28 (其也部分地面向相應(yīng) 的懸掛物體1、3，并且部分地在其上突出)錨定至同一共用錨具30。備選地，取代共用錨具 30，可以提供兩個獨立的錨具。而且，在這里，側(cè)部彈簧28關(guān)于分別平行于X軸和Y軸的、 橫貫懸掛物體1、3的中位面對稱布置。以此方式，懸掛物體1-4的彈性懸掛元件(彈簧)的每一個都被分為兩個元件，其 偏心地但是對稱地錨定，由此獲得了各彈簧的長度或者折疊的倍增，并且獲得了 X軸和Y軸 二者上的結(jié)構(gòu)的更大對稱性。以此方式，確保了懸掛物體1-4的相同振動模式。根據(jù)另一備選方案，彈簧可以從相應(yīng)懸掛物體1-4的銳邊朝向相應(yīng)的外圍錨具延 伸，而不具有面對懸掛物體的長邊的任何部分。在圖13的實施方式中，懸掛物體1、3的長度大于前圖中的，使得側(cè)部彈簧28不會 在懸掛物體1、3的長邊上突出。而且，在此情況下，連接至懸掛物體1的側(cè)部彈簧28使兩 個末梢端連接至布置在懸掛臂10附近的、其自身的錨具32 ；而連接至懸掛物體3的側(cè)部彈 簧28使末梢端錨定至單個中部錨具31。備選地，連接至懸掛物體3的側(cè)部彈簧28也可以 具有單個錨具32，或者所有側(cè)部彈簧28可以如圖12所示的錨定。通過圖13的配置，在沒有增加磁力計的整體尺寸的情況下，由于增長了電流路徑 (構(gòu)成圖1中導(dǎo)體C的懸掛物體的更大長度1)，靈敏度得以增加。圖14示出了一種實施方式，其中懸掛物體1、3具有與圖13中的相同的整體長度 但不再具有矩形形狀，并且包括近似正方形或矩形的中央部分35a，以及分別沿Y軸(對于 懸掛物體1)和X軸(對于懸掛物體3)定向的兩個突出部分35b。在這種情況下，側(cè)部彈 簧28使第一端連接至突出部分35b的相應(yīng)銳邊，并且使第二端(末梢端)連接至中央部分 35a附近的、其自身的錨具33。而且，在這種情況下，獲得了電流路徑的增長。圖15示出了高度對稱的結(jié)構(gòu)，其中懸掛物體3以及同樣的懸掛物體4(未示出)也 承載相應(yīng)的移動電極38，移動電極38在與懸掛物體1、3的懸掛臂10類似的懸掛臂39的任一側(cè)延伸。這里，懸掛物體1、3具有圖14中所示的形狀，包括中央部分35a以及突出部分 35b。懸掛物體1、3 二者的突出部分35b的銳邊連接至彈簧40a、40b的第一端，而彈簧40a、 40b的第二端分別連接至中央錨具41或者外圍錨具42。具體地，中央錨具41基本上是十 字形，只有其兩個半臂可見，每個半臂是U形(由圖15中的虛線表示)，并且具有凹陷，用以 容納突出部分35b以及連接至同一突出部分35b兩側(cè)的兩個彈簧40a。外圍錨具42也是U 形的(如針對懸掛物體1的錨具而示出的)，具有面對結(jié)構(gòu)中心的腔室，其容納每個懸掛物 體1、3的其他突出部分35b以及連接至同一其他突出部分35b的兩個彈簧40b。在這種情況下，結(jié)構(gòu)關(guān)于與X軸和Y軸成45°延伸的軸是對稱的，并且移動電極 38(面對相應(yīng)的固定電極一未示出)對于沿Z軸定向的外部磁場也是靈敏的。以此方式，通 過適當(dāng)?shù)剡x擇懸掛物體1-4的尺寸，可以獲得磁力計沿三個軸X、Y、Z的統(tǒng)一靈敏度。圖16示出了另一實施方式，其中所有物體(這里是物體1和3)承載成對的懸掛 三角形結(jié)構(gòu)45 (對于每個懸掛物體1、3，只有一個懸掛結(jié)構(gòu)45在圖中是可見的)。每個懸 掛結(jié)構(gòu)45包括橫貫臂46，其平行于相應(yīng)懸掛物體的主方向，并且承載有一系列垂直于相 應(yīng)橫貫臂46的懸掛臂47 ；移動電極48，其從懸掛臂47延伸，并且面對相應(yīng)的固定電極(未 示出)。這里，懸掛物體1、3與圖15的實施方式具有相同的形狀，并且以相同的方式錨定。圖17示出了圖2中實施方式的變體，其中懸掛臂10與關(guān)聯(lián)懸掛物體中的電流I的 方向相平行地延伸(這里，對于懸掛物體1而言，是平行于Y軸)，并且由此移動電極11垂 直于電流方向定向。連接臂49將懸掛臂10連接至懸掛物體1。以此方式，當(dāng)存在沿Z軸定 向的磁場并且由此存在平行于X軸定向的力F3時，移動電極11平行于固定電極12移動， 從而降低(在示出的示例中)或者增加面對表面。以此方式，讀取電路(未示出)所檢測 到的電容變化與位移以線性方式關(guān)聯(lián)，這取決于面對面積A的變化，而不是電極之間的距 離 d(C~A/d)。顯然，在此情況中，根據(jù)圖12-圖16示出的任一方案，彈簧以及錨具的數(shù)目和布置 也可以相對于圖17中所示情況進行改變。而且，移動電極11可以直接從第一懸掛物體1延伸，而無需懸掛臂10和連接臂 49。所描述的磁力計具有多種優(yōu)點。首先，與具有單個或者兩個靈敏度軸的結(jié)構(gòu)相比， 它可以使用廣泛采用并且易于控制的制造技術(shù)、以較低的成本集成在單個管芯中。此外，它具有高靈活性。實際上，根據(jù)形成懸掛結(jié)構(gòu)的外延層的厚度以及彈簧的寬 度和長度，可以獲得不同的最終規(guī)模。由于結(jié)構(gòu)的高對稱度，所描述的磁力計對共態(tài)干擾具有良好的抑制，并且由此具 有高精確度。在單個半導(dǎo)體材料管芯中提供三軸磁力計并且由此具有非常小尺寸的這一事實， 使其能夠集成在即使是掌上大小的便攜式裝置之中。例如，所描述的磁力計可以用作蜂窩電話或者具有導(dǎo)航功能的其他電子裝置中的 電子羅盤。在這種情況下，如圖18所示，具有導(dǎo)航功能的裝置50可以包括磁力計40和微 控制器51，其連接至磁力計40且具有顯示器52，并且通過專門提供的接口(未示出)接收 外部命令信號。此外，可能的應(yīng)用包括位置檢測器(線性的或者旋轉(zhuǎn)式，例如，旋鈕、光標(biāo)、操縱桿
9等、移動部件，諸如活塞等)、水平儀，等等。最后，很顯然，在不脫離所附權(quán)利要求限定的發(fā)明范圍的情況下，可以對在此描述 和示出的磁力計進行修改和變形。例如，用于支撐懸掛物體的彈簧可以是不同的形狀，并且可以通過改變折疊數(shù)目 以及幾何參數(shù)(寬度、長度以及厚度)來進行優(yōu)化，從而增加傳感器的靈敏度，并且可以按 照不同于所示的方式組合。例如，在圖17的實施方式中，連接臂49可以行進在支撐臂10 之上，并且以類似于圖11的方式通過支撐彈簧25連接至支撐錨定區(qū)域26。錨具的位置和形狀可以廣泛變化，從而優(yōu)化結(jié)構(gòu)的布局以及彈簧和懸掛物體的參 數(shù)。制造工藝可以與上文所述不同。例如，可以使用本申請的申請人于2009年8月5 日提交的專利申請?zhí)朤02009A000616中描述的工藝，并且包括形成絕緣層17、傳導(dǎo)區(qū)域18 和犧牲層；外延生長結(jié)構(gòu)層；選擇性地移除結(jié)構(gòu)層直到達到犧牲層，從而形成通槽；利用多 孔材料層完全地或者以適當(dāng)方式涂敷通槽的側(cè)壁和底部；通過多孔材料層移除犧牲層；以 及可能地填充某些通槽。
權(quán)利要求
1.一種以MEMS技術(shù)制造的半導(dǎo)體材料的集成三軸磁力計，包括第一懸掛物體和第二懸掛物體(1、3)，其限定一個平面，并且被配置為由以相互橫貫的 方向在所述平面中流動的相應(yīng)電流(I)流過；第一下部電極和第二下部電極(18b)，其每一個都電容耦合至相應(yīng)的懸掛物體；移動傳感電極(11)，其由所述第一懸掛物體(1)承載；以及固定傳感電極(12)，其電容耦合至相應(yīng)的移動傳感電極，所述第一懸掛物體(1)配置用于當(dāng)存在如下磁場時沿相對于所述平面的橫貫方向移 動靠近/遠離所述第一下部電極(18b)，其中該磁場在平行于所述平面并且橫貫在所述第 一懸掛物體中流動的電流的第一方向(X)中具有分量；所述第二懸掛物體(3)配置用于當(dāng)存在如下磁場時沿所述平面的橫貫方向移動靠近 /遠離所述第二下部電極，其中該磁場在平行于所述平面并且橫貫在所述第二懸掛物體中 流動的電流的第二方向(Y)中具有分量；以及所述第一懸掛物體配置用于當(dāng)存在如下磁場時，沿平行于所述平面并且橫貫在所述 第一懸掛物體中流動的電流的方向移動，其中該磁場在垂直于所述平面的第三方向(Z)中 具有分量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸磁力計，包括半導(dǎo)體材料的襯底(21)，其承載所述下部 電極(18b)，并且由氣隙(19)與所述第一懸掛物體(1)和所述第二懸掛物體(3)隔開。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三軸磁力計，包括固定至所述襯底(21)的錨定區(qū)域(7、8; 26 ；29-33 ；41、42)，以及在所述懸掛物體(1_4)與所述錨定區(qū)域之間延伸的彈性懸掛元件 (6 ；25 ；28 ；40a,40b)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三軸磁力計，其中所述錨定區(qū)域包括中央錨定區(qū)域(7; 41)，以及第一外圍錨定區(qū)域和第二外圍錨定區(qū)域(8 ；42)，所述第一懸掛物體和第二懸掛 物體(1、3)通過所述彈性懸掛元件(6 ；40a、40b)連接在所述中央錨定區(qū)域與相應(yīng)的第一外 圍錨定區(qū)域和第二外圍錨定區(qū)域之間，所述第一外圍錨定區(qū)域(8;42)和所述中央錨定區(qū) 域(7 ；41)相互對準(zhǔn)，并且平行于所述第二方向，并且所述第二外圍錨定區(qū)域(8 ；42)與所 述中央錨定區(qū)域相互對準(zhǔn)，并且平行于所述第一方向。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸磁力計，包括沿所述第一方向從所述第一懸掛物體(1) 延伸的懸掛臂(10 ；49)，所述移動傳感電極(12)從所述懸掛臂沿所述第二方向延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三軸磁力計，還包括在所述懸掛臂(10)與至少一個支撐錨 定區(qū)域(26)之間延伸的至少一個彈性支撐元件(25)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三軸磁力計，包括第二懸掛臂(39)，其沿所述第二方向從所 述第二懸掛物體(3)延伸，并且承載有平行于所述第一方向延伸的多個輔助電極(38)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸磁力計，其中所述移動傳感電極(12)平行于所述第一方 向延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸磁力計，其中所述第一懸掛物體和第二懸掛物體(1、3) 具有相對于平行于所述第一方向和第二方向的相應(yīng)中位面對稱的多邊形形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的三軸磁力計，其中成對彈性懸掛元件(28；40a、40b)從所述 第一懸掛物體和第二懸掛物體的外圍向關(guān)于所述相應(yīng)中位面基本上對稱布置的錨定區(qū)域 (29,30 ；32 ；33 ；42)延伸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸磁力計，其中所述第一懸掛物體和第二懸掛物體(1、3) 的每一個包括中央部分(35a)，其具有相對于平行于所述第一方向和第二方向的相應(yīng)中 位面對稱的多邊形形狀；以及成對突出部分(35b)，其沿所述第二方向以及相應(yīng)地第一方 向延伸；成對彈性懸掛元件(28 ；40a、40b)，其在每對突出部分的側(cè)部延伸，相對于所述第 二方向以及相應(yīng)地第一方向、并且相對于平行于所述第一方向以及相應(yīng)地第二方向的相應(yīng) 中位面是對稱的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的三軸磁力計，其中所述錨定區(qū)域包括中央錨定區(qū)域(41)和 多個外圍錨定區(qū)域(42)，其中所述中央錨定區(qū)域包括至少兩個U形區(qū)域，其每一個圍繞所 述第一懸掛物體和第二懸掛物體(1、3)的相應(yīng)第一突出部分(35b)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的三軸磁力計，其中所述外圍錨定區(qū)域(42)包括U形區(qū)域， 其每一個圍繞所述第一懸掛物體和第二懸掛物體(1、3)的相應(yīng)第二突出部分(35b)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸磁力計，包括第三懸掛物體和第四懸掛物體(2、4)， 其相對于所述第一懸掛物體和第二懸掛物體(1、3)對稱地布置，并且面向相應(yīng)的下部電極 (18b)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸磁力計，其集成在容納有功率/讀取電路(20)的半導(dǎo) 體材料芯片(15)中。
16.一種電子裝置(50)，包括控制單元(51)、顯示器(52)以及根據(jù)權(quán)利要求1的磁力 計，并且形成電子羅盤、位置檢測器、水平儀。
全文摘要
本發(fā)明的實施方式涉及以MEMS技術(shù)制造的半導(dǎo)體材料的集成三軸磁力計。具體地，配置兩個懸掛物體(1、3)，使其由沿相互橫貫方向在磁力計平面中流動的相應(yīng)電流(I)流過，并且電容耦合至下部電極(18b)。移動傳感電極(11)由第一懸掛物體(1)承載，并且電容耦合至相應(yīng)的固定傳感電極(12)。第一懸掛物體(1)配置為當(dāng)在第一水平方向(X)中具有分量的磁場存在時，沿橫貫平面的方向移動。第二懸掛物體(3)配置為當(dāng)在第二水平方向(Y)中具有分量的磁場存在時，沿橫貫平面的方向移動。并且第一懸掛物體配置為當(dāng)在垂直方向(Z)中具有分量的磁場存在時，沿平行于平面并且橫貫在第一懸掛物體中流動的電流的方向移動。
文檔編號G01R33/02GK102116851SQ20101059233
公開日2011年7月6日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日
發(fā)明者F·普羅科皮奧, L·巴爾多, S·澤爾比尼 申請人:意法半導(dǎo)體股份有限公司