一種力/磁多功能傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種力/磁多功能集成傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，傳感器技術(shù)倍受重視，但是單一物理量傳感器已不能滿足工業(yè)生產(chǎn)、航空航天等領(lǐng)域，為了能夠準(zhǔn)確的對環(huán)境多個物理量變化同時進(jìn)行檢測，在一個芯片上集成多種功能的敏感元件可同時測量多個物理量，此種力/磁多功能傳感器具有體積小、重量輕以及集成一體化等優(yōu)點。
[0003]專利號為CN201420085249.2實用新型涉及的是一種溫度、濕度、氣壓集成傳感器，包括一電路板，在電路板上設(shè)有溫度傳感器、濕度傳感器、信號處理電路，溫度傳感器、濕度傳感器及壓力傳感器的輸出端均與信號處理電路的輸入端相連接，信號處理電路與電路板構(gòu)成一體式信號處理電路板，壓力傳感器采用的是真空壓阻式壓力傳感器，濕度傳感器采用的是鉑電阻溫度傳感器，濕度傳感器采用的是濕敏電容傳感器，真空壓阻式壓力傳感器、鉑電阻溫度傳感器、濕敏電容傳感器集成在一體式信號處理電路板上。該實用新型減少了外界對傳感器信號的影響，提高了穩(wěn)定性，降低了生產(chǎn)成本，可廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測，氣象測量、智能建筑、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、管道等眾多行業(yè)。
[0004]專利號為CN201310117126.2的發(fā)明公開一種與CMOS工藝兼容的MEMS溫度濕度集成傳感器及其制造方法。該發(fā)明提供一種溫度濕度集成傳感器，其包括基材、形成于基材上的絕緣層、形成于絕緣層上的下電極、形成于下電極上的中間濕度感知層以及形成于中間濕度感知層上的上電極，其中下電極采用由N型多晶硅/鋁或者N型多晶硅/P型多晶硅形成的熱電偶來測量溫度。該發(fā)明的溫濕度集成傳感器，下電極采用Al和多晶硅形成熱電偶，這是CMOS兼容工藝，可以與CMOS同時流通，制造方便。
[0005]專利號為CN201210498929.2的發(fā)明專利公開了一種無源無線溫、濕度集成傳感器，采用懸臂梁電容式溫度傳感器和叉指電容式濕度傳感器，包括從下至上依次連接的半導(dǎo)體襯底、下介質(zhì)層、下金屬層、中間介質(zhì)層、中間金屬層、上介質(zhì)層，以及位于上介質(zhì)層上表面的上金屬互連線和濕敏材料。該發(fā)明的懸臂電容式溫度傳感器-電感回路與叉指電容濕度傳感器-電感回路分頻工作，同時無線測量溫度、濕度，可以應(yīng)用于密閉環(huán)境或惡劣條件下溫度、濕度兩種參數(shù)的測量與采集。該發(fā)明傳感器采用CMOS MEMS工藝制備，具有較好的性能和較低的成本。
[0006]專利號為CN201210451111.5的發(fā)明專利公開了一種溫度壓力集成傳感器，包括溫度傳感器、綁定電路板、溫度傳感器安裝槽、感壓元件、壓力座、壓力進(jìn)入口和導(dǎo)線，其特征在于:壓力進(jìn)入口位于壓力座的下端，綁定電路板位于壓力座的上端，綁定電路板緊貼于壓力座的頂面，溫度傳感器安裝在溫度傳感器安裝槽中且緊貼壓力座，被測介質(zhì)的熱量通過壓力座傳導(dǎo)至溫度傳感器，溫度傳感器通過導(dǎo)線與綁定電路板相連接進(jìn)行信號傳輸。該發(fā)明將溫度傳感器緊貼的安裝在壓力傳感器的不銹鋼座上方或側(cè)方，通過測量作為介質(zhì)熱傳導(dǎo)載體的不銹鋼的溫度來獲得介質(zhì)的溫度。該結(jié)構(gòu)安裝方便，使用方便，為石油、化工、食品、制冷空調(diào)行業(yè)提供了一種新型的溫度壓力集成傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決上述問題，本發(fā)明人進(jìn)行了銳意研究，設(shè)計出一種可以同時檢測力和磁場多功能傳感器，從而完成了本發(fā)明。
[0008]具體來說，本發(fā)明的目的在于提供以下方面:
[0009](I) 一種力/磁多功能傳感器，其中，該傳感器包括:
[0010]用來檢測外加磁場的第一懸臂梁I，和
[0011]用來檢測外加力的第二懸臂梁2。
[0012](2)根據(jù)上述I所述的多功能傳感器，其中，
[0013]所述第一懸臂梁I為硅懸臂梁，包括(優(yōu)選根部制作)四個薄膜晶體管，為第一薄膜晶體管TFT1、第二薄膜晶體管TFT2、第三薄膜晶體管TFT3和第四薄膜晶體管TFT4，其頂端為自由端，優(yōu)選制作為磁性材料;和/或
[0014]所述第二懸臂梁2為硅懸臂梁，包括(優(yōu)選根部制作)四個薄膜晶體管，第五薄膜晶體管TFlT、第六薄膜晶體管TFT2,、第七薄膜晶體管TFT3,和第八薄膜晶體管TFTf，其頂端為自由端，優(yōu)選制作集成化硅質(zhì)量塊，更優(yōu)選無磁性材料。
[0015](3)根據(jù)上述I或2所述的多功能傳感器，其中，
[0016]所述第一薄膜晶體管TFTl溝道等效電阻R1、第二薄膜晶體管TFT2溝道等效電阻R2、第三薄膜晶體管TFT3溝道等效電阻R3和第四薄膜晶體管TFT4溝道等效電阻R4，優(yōu)選所述等效電阻R1、等效電阻R2、等效電阻R3和等效電阻R4構(gòu)成第一惠斯通電橋;和/或
[0017]所述第五薄膜晶體管TFlT溝道等效電阻R/、第六薄膜晶體管TFT2'溝道等效電阻R/、第七薄膜晶體管TFT3,溝道等效電阻R/和第八薄膜晶體管TFTf溝道等效電阻RZ，優(yōu)選所述溝道等效電阻R/、等效電阻、溝道等效電阻和溝道等效電阻構(gòu)成第二惠斯通電橋。
[0018](4)根據(jù)上述3所述的多功能傳感器，其中，
[0019]所述等效電阻R1與所述等效電阻此串連，形成第一輸出電壓VciutlJP/或
[0020]所述等效電阻R3與所述等效電阻R4串連，形成第二輸出電壓Vciut2;和/或
[0021]所述等效電阻R/與所述等效電阻R/串連，形成第三輸出電壓Vciut/;和/或
[0022]所述等效電阻R/與所述等效電阻R/串連，形成第四輸出電壓Vcmd'。
[0023](5)根據(jù)上述3或4所述的多功能傳感器，其中，有外加磁場作用時，因磁力作用，所述第一懸臂梁發(fā)生彎曲，所述第一惠斯通電橋橋路阻值發(fā)生變化，所述第一輸出電壓Vcaltl和所述第二輸出電壓V?t2構(gòu)成差分輸出，實現(xiàn)外加磁場測量。
[0024](6)根據(jù)上述3至5之一所述的多功能傳感器，其中，有外加力作用到第二懸臂梁頂端時，所述第二懸臂梁發(fā)生彎曲，所述第二惠斯通電橋橋路阻值發(fā)生變化，所述第三輸出電壓Vout/和所述第四輸出電壓構(gòu)成差分輸出，實現(xiàn)外加力測量。
[0025](7)根據(jù)上述I至6之一所述的多功能傳感器，其中，第一懸臂梁I包括二氧化硅底層5、單晶硅6、二氧化硅頂層7和13、納米硅薄膜8、薄膜晶體管源端9、柵氧化層10、薄膜晶體管柵端11、薄膜晶體管漏端12和磁性材料3。
[0026](8)根據(jù)上述I至7之一所述的多功能傳感器，其中，第二懸臂梁2包括二氧化硅底層5、單晶硅6、二氧化硅頂層7和13、納米硅薄膜8、薄膜晶體管源端9、柵氧化層10、薄膜晶體管柵端11、薄膜晶體管漏端12和硅質(zhì)量塊4。
[0027](9)根據(jù)上述I至8之一所述的多功能傳感器，其中，
[0028]所述第一硅懸梁臂I和所述第二硅懸梁臂2采用微電子加工系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)制作，和/或
[0029]所述薄膜晶體管采用互補(bǔ)性金屬氧化半導(dǎo)體(CMOS)工藝制作。
[0030]本發(fā)明所具有的有益效果包括:
[0031]1、本發(fā)明在同一芯片上制作兩個硅懸臂梁，可同時實現(xiàn)對力和磁場的檢測，具有集成一體化特點；
[0032]2、本發(fā)明采用懸臂梁結(jié)構(gòu)檢測力/磁，提高了傳感器的力/磁靈敏度；
[0033]3、本發(fā)明中分別采用四個薄膜晶體管溝道等效電阻構(gòu)成兩個開環(huán)惠斯通橋路。開環(huán)橋路方便測試橋路單個薄膜晶體管溝道等效電阻的阻值，同時薄膜晶體管具有自調(diào)零功能，可實現(xiàn)傳感器零點漂移的調(diào)整，當(dāng)傳感器在無外加力或磁場的作用時，使得其輸出電信號等于零，提高了傳感器對外加力/磁檢測的準(zhǔn)確性；
[0034]4、該傳感器是在高阻單晶硅上制作，體積小，成本低，穩(wěn)定性好。
【附圖說明】
[0035]圖1是根據(jù)本發(fā)明一種優(yōu)選實施方式的力/磁多功能傳感器基本結(jié)構(gòu)三維立體圖；
[0036]圖2是用于磁場測試的結(jié)構(gòu)，等效電路第一惠斯通電橋I示意圖；
[0037]圖3是用于力測試的結(jié)構(gòu)，等效電路第二惠斯通電橋2示意圖；
[0038]圖4是第一硅懸臂梁剖面示意圖；
[0039]圖5是第二硅懸臂梁剖面示意圖。
[0040]附圖標(biāo)號說明:
[0041]1-第一懸臂梁(Beaml);
[0042]2-第二懸臂梁(Beam2);