專利名稱：包括鈍化層的共振器、包括這種共振器的振動傳感器以及制造方法
包括鈍化層的共振器、包括這種共振器的振動傳感器以及制造方法本發(fā)明涉及一種共振器、包括這種共振器的振動傳感器以及制造該共振器的方法。這種共振器例如用于陀螺儀型振動傳感器。振動傳感器的一般原理是使共振器振動并檢測代表加速度對振動的影響的物理幅度。存在包括其上安裝有共振器的電極載板的振動傳感器。共振器包括具有大體半球形共振部分的本體,該本體帶有通過傳感器桿連接到電極載板的極。共振部分包括由外表面和內(nèi)表面限定的半球形腹板，這些表面具有通過平坦的環(huán)形表面彼此連接的自由邊緣，該環(huán)形表面面向固定到電極載板的電極延伸。共振部分和桿覆蓋于導(dǎo)電層內(nèi)。導(dǎo)電層和電極連接到不同的電勢，以使腹板經(jīng)受周期性的橢圓變形并例如根據(jù)取決于形成于電極和平面環(huán)狀表面之間的間隙的電容值來探測到橢圓的定向。
本體由二氧化硅制成，這是因為二氧化硅的各向同性的特性和非常小的機械阻尼。在廣泛應(yīng)用的實施例中，共振部分和桿完全覆蓋于形成導(dǎo)電層的鉻層內(nèi)(參加，例如文獻(xiàn) US-A-2003/0019296)。然而，繼而發(fā)現(xiàn)鉻層導(dǎo)致不可忽略的機械阻尼。因此，考慮鉻層未在共振部分全體上延伸的共振器然后，鉻層覆蓋桿和環(huán)狀表面，并且設(shè)有在內(nèi)表面上從桿延伸到環(huán)狀表面的分支。這使阻尼可以大幅減小，由此致使包含這種共振器的振動傳感器的性能較大提高。然后，用鉬來代替這些共振器中的鉻使振動傳感器的性能進(jìn)一步改善。文獻(xiàn)EP-A-1445580公開了一種具有被導(dǎo)電金屬涂層完全覆蓋的內(nèi)表面和未被覆蓋的外表面的共振器。然而，二氧化硅是具有傾向于形成與其周圍環(huán)境的結(jié)合的非?；钚缘谋砻娴牟牧稀６趸钑谄浔砻嫔细采w有呈強極性并能與周圍環(huán)境中的示例結(jié)合的硅烷醇Si-OH或硅烷Si-H的基團。在振動傳感器中，共振器處于真空，因而，這種二氧化硅的污染不會發(fā)生。然而，引導(dǎo)本發(fā)明的研究已示出，即使污染水平較低，未被導(dǎo)電層覆蓋的二氧化硅的這種污染也造成幾何形狀特性以及共振器的機械阻尼的不穩(wěn)定和各向異性的改性。這種改性有可能導(dǎo)致不能電子補償?shù)钠?，這是因為它是不穩(wěn)定的。根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置有一種共振器，該共振器包括硅基材料的本體，該本體具有至少一個共振部分，該至少一個共振部分包括覆蓋于導(dǎo)電層內(nèi)的至少一個部分和未覆蓋于導(dǎo)電層內(nèi)的至少一個部分，未覆蓋于導(dǎo)電層內(nèi)的部分以如此方式覆蓋于鈍化層內(nèi)，即，在共振部分內(nèi)，硅基材料被導(dǎo)電層和鈍化層的組合完全覆蓋。因此，鈍化層保護(hù)硅基材料，以使硅基材料不再暴露于在其共振部分內(nèi)的污染物。由于鈍化層的主要功能僅僅是使硅基材料與其周圍環(huán)境隔開，所以鈍化層的厚度可以減小到非常少地或根本不降低其機械特征并且特別是非常少地或根本不降低共振部分的阻尼的最小程度。
有利地，鈍化層由貴金屬制成并且貴金屬較佳地是鉬。因此，鈍化層對共振器的性能的影響減到最小。在鈍化層的有利的實施例中，導(dǎo)電層和鈍化層由相同材料制成并且導(dǎo)電層的厚度大于鈍化層的厚度。這使共振器更易于制造。在共振器的本體的有利實施例中，共振部分包括由未被鈍化層覆蓋的外表面和內(nèi)表面限定的大體半球形的至少一個腹板部，這些表面具有通過被導(dǎo)電層覆蓋的平坦環(huán)狀表面彼此連接的自由邊緣，并且較佳地，導(dǎo)電層具有在內(nèi)表面上從環(huán)狀表面延伸到內(nèi)表面的極的分支。 如此制造的共振器具有向包含該共振器的振動傳感器賦予良好性能的機械特性。本發(fā)明還提供一種振動傳感器，該振動傳感器包括電極載板和共振器，本體包括將共振部分如此連接到電極載板的桿，即，導(dǎo)電層面向固定于電極載板的電極延伸，覆蓋于導(dǎo)電層內(nèi)的桿通過電氣連接裝置連接到環(huán)狀表面的導(dǎo)電層。最后，本發(fā)明提供一種制造共振器的方法，該共振器包括硅基材料的本體，該本體具有至少一個共振部分，該至少一個共振部分包括覆蓋于導(dǎo)電層內(nèi)的至少一個第一部分和覆蓋于與導(dǎo)電層相同材料的鈍化層內(nèi)的至少一個第二部分，該方法包括如下步驟將足以形成鈍化層的材料厚度沉積到第一部分和第二部分上，然后將材料厚度以如下方式再一次沉積到第一部分上，即，沉積于第一部分上的材料總厚度足以形成導(dǎo)電層。這種制造方法特別簡單。在閱讀本發(fā)明的特定、非限制性實施例的以下說明之后，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點會顯現(xiàn)出來。參照附圖
，其中圖I是第一實施例中的傳感器的軸向剖視圖；以及圖2是第二實施例中的傳感器的與圖I類似的視圖。參照附圖，根據(jù)本發(fā)明的振動傳感器包括電極載板1，該電極載板I上形成有電極2的電極載板1，這些電極呈環(huán)狀設(shè)置并連接到控制單元(未示出)。電極載板I固定到包括二氧化硅本體的、總地標(biāo)記為3的共振器。本體包括由外表面5和內(nèi)表面限定的半球形腹板4，這些表面具有通過平坦的環(huán)狀表面7彼此連接的自由邊緣。桿8從半球形腹板4的極沿直徑延伸，以具有突出超過環(huán)狀表面7的自由端，從而固定到電極載板I。半球形腹板4的從平坦的環(huán)狀表面7向極延伸經(jīng)腹板高度的約80-90%的區(qū)域Z構(gòu)成共振器3的本體的共振部分(該部分參照區(qū)域Z被標(biāo)記為Z)。導(dǎo)電層9在共振器3的本體上延伸，所述層包括覆蓋桿8的大體圓柱形部9. I、覆蓋環(huán)狀表面7的平坦的環(huán)狀部9. 2以及在內(nèi)表面6上于圓柱形部9. I與平坦的環(huán)狀部9. 2之間延伸的分支9.3。在圖I中所不的第一實施例中，導(dǎo)電層9因此使所有的外表面5以及內(nèi)表面6的、在分支9. 3之間延伸的那些部分未被覆蓋。鈍化層10在這些未覆蓋的表面部分上延伸因此，所有的外表面5以及內(nèi)表面6的、在分支9. 3之間延伸的部分被鈍化層10覆蓋。
導(dǎo)電層9和鈍化層10由同一導(dǎo)電材料制成，該導(dǎo)電材料在使用共振器時相對于共振器3的周圍環(huán)境來說在化學(xué)上是惰性的。選擇的材料是貴金屬，在此是鉬。導(dǎo)電層9的厚度大于鈍化層10的厚度。導(dǎo)電層9具有大于15納米(nm)的厚度并較佳地等于約50納米，而鈍化層10具有在I納米到10納米范圍內(nèi)的厚度，并較佳地等于約5納米(附圖中所示的厚度比是任意的)。制成共振器的方法包括如下步驟將足以形成鈍化層10的材料厚度沉積到共振器3的整個表面上，然后將附加厚度的材料沉積到桿8上、平坦的環(huán)狀表面7上和內(nèi)表面6上，以使沉積于第一部分上的材料總厚度足以形成導(dǎo)電層9的圓柱形部9. I、平坦的環(huán)狀部9.2以及分支9.3。借助示例，通過以下方式來施加第一鉬層使用斷開二氧化硅內(nèi)的硅鍵的方式來施加鉬，并使鉬在一溫度下經(jīng)受退火，該溫度高到足以減小鉬內(nèi)的電阻率，同時保持導(dǎo)電層的電氣連接。在此示例中，通過陰極濺射來施加鉬。退火在位于400°C到550°C的范圍內(nèi)、 并較佳地在550°C的溫度下進(jìn)行。在圖2中所示的第二實施例中，鈍化層10'覆蓋未被導(dǎo)電層覆蓋的表面部分，但僅在共振部分Z內(nèi)。因此，外表面5的極區(qū)域既未被導(dǎo)電層9也未被鈍化層10'覆蓋。當(dāng)然，本發(fā)明不限于所述實施例，而是覆蓋落入由權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的任何變型。特別是，鈍化層延伸遠(yuǎn)至桿上的導(dǎo)電層，并具有足以確保兩導(dǎo)電層之間的導(dǎo)電的厚度。鈍化層的材料可與所述材料不同并且可以與導(dǎo)電層的材料不同。具有能產(chǎn)生與硅的鍵合的任何不銹鋼材料適合用于形成鈍化層，例如鉬、銥、鋨、銠或釕。共振器可包括硅基材料的本體，該本體具有包括覆蓋于導(dǎo)電層9內(nèi)的至少一個部分和未覆蓋于導(dǎo)電層內(nèi)的至少一個部分的至少一個共振部分Z，共振器的特征在于未覆蓋于導(dǎo)電層內(nèi)的部分以如下方式覆蓋于鈍化層10、10'內(nèi)，即，在共振部分內(nèi)，硅基材料被導(dǎo)電層和鈍化層的組合完全覆蓋，該鈍化層的材料與導(dǎo)電層的材料不同并具有或不具有等于導(dǎo)電層厚度的的厚度。鈍化層的與導(dǎo)電層不同的材料可以是諸如金屬的導(dǎo)電材料。 在變型中，可通過鈍化層提供導(dǎo)電層的部9. I至導(dǎo)電層的部9. 2的電氣連接，假定它具有相對于其面積足以確保電荷充分轉(zhuǎn)移的厚度(由于鈍化層的面積相對較大，它的厚度可以相對較小)。盡管參照由SiO2制成的基質(zhì)來描述本發(fā)明，但還可應(yīng)用于其它硅化合物、特別是SiN、SiC、晶體、多晶體或多孔Si、鑄造石英、...。共振器可以呈不同于所述的形狀，例如它可以呈梁的形式。
權(quán)利要求
1.一種共振器(3)，所述共振器包括硅基材料的本體，所述本體具有至少一個共振部分(Z)，所述至少一個共振部分(Z)包括覆蓋于導(dǎo)電層(9)內(nèi)的至少一個部分和未覆蓋于導(dǎo)電層內(nèi)的至少一個部分，所述共振器的特征在于，未覆蓋于導(dǎo)電層內(nèi)的所述部分以如此方式覆蓋于鈍化層(10，10')內(nèi)，即，在所述共振部分內(nèi)，所述硅基材料被所述導(dǎo)電層和所述鈍化層的組合完全覆蓋。
2.如權(quán)利要求I所述的共振器，其特征在于，所述鈍化層(10，10')由貴金屬制成。
3.如權(quán)利要求2所述的共振器，其特征在于，所述貴金屬板是鉬。
4.如權(quán)利要求I所述的共振器，其特征在于，所述導(dǎo)電層(9)和所述鈍化層(10，10')由相同的材料制成，并且所述導(dǎo)電層的厚度大于所述鈍化層的厚度。
5.如權(quán)利要求4所述的共振器，其特征在于，所述導(dǎo)電層(9)具有大于15納米并較佳地等于約50納米的厚度，且所述鈍化層(10，10')具有I納米到10納米范圍內(nèi)并較佳地 等于約5納米的厚度。
6.如權(quán)利要求I所述的共振器，其特征在于，所述共振部分(Z)包括由所述鈍化層(10，10')覆蓋的外表面(5)和內(nèi)表面(6)限定的大體半球形的至少一個腹板部(4)，所述表面具有通過被所述導(dǎo)電層(9)覆蓋的平坦的環(huán)形表面(7)彼此連接的自由邊緣。
7.如權(quán)利要求6所述的共振器，其特征在于，所述導(dǎo)電層(9)具有在所述內(nèi)表面(6)上從所述環(huán)狀表面(7)延伸到所述內(nèi)表面的極的分支(9. 3)。
8.一種振動傳感器，所述振動傳感器包括電極載板(I)和如權(quán)利要求6或7所述的共振器(3)，所述本體包括如此將所述共振部分(Z)連接到所述電極載板桿(8)，即，所述導(dǎo)電層(9)面向固定至所述電極載板的電極(2)延伸，覆蓋于導(dǎo)電層(9. I)內(nèi)的所述桿通過電氣連接裝置(9. 3)連接到所述環(huán)狀表面的導(dǎo)電層(9. 2)。
9.一種制造共振器(3)的方法，所述共振器包括硅基材料的本體，所述本體具有至少一個共振部分(Z)，所述至少一個共振部分(Z)包括覆蓋于導(dǎo)電層(9)內(nèi)的至少一個第一部分和覆蓋于與所述導(dǎo)電層材料相同的鈍化層(10)內(nèi)的至少一個第二部分，所述方法包括如下步驟將足以形成所述鈍化層的材料厚度沉積到所述第一部分和所述第二部分上，然后將材料厚度以如下方式再一次沉積到所述第一部分上，即，沉積于所述第一部分上的材料總厚度足以形成所述導(dǎo)電層。
全文摘要
一種共振器(3)，該共振器包括硅基材料的本體，該本體具有至少一個共振部分(Z)，該至少一個共振部分(Z)包括覆蓋于導(dǎo)電層(9)內(nèi)的至少一個部分和未覆蓋于導(dǎo)電層內(nèi)的至少一個部分，該共振器的特征在于，未覆蓋于導(dǎo)電層內(nèi)的所述部分以如此方式覆蓋于鈍化層(10，10′)內(nèi)，即，在共振部分內(nèi)，硅基材料被導(dǎo)電層和鈍化層的組合完全覆蓋。本發(fā)明還提供一種振動傳感器。
文檔編號G01C19/56GK102667402SQ201080051782
公開日2012年9月12日 申請日期2010年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月12日
發(fā)明者P·凡德比克 申請人:薩甘安全防護(hù)公司