[发明专利]一种包含两种极化方向压电薄膜的传感振动膜

说明书

技术领域

本发明属于压电传感领域，具体地说，本发明涉及一种包含两种极化方向压电薄膜的传感振动膜。

背景技术

硅微压电传感振动膜是微型压电传感器的传感部分。硅微压电传感振动膜有非常广泛的应用，它可以对声、力、压强和质量进行传感和测量。在可听声领域里，可用作接收声音信号比如麦克风、声控开关等声学传感器；也可用作发射声音信号比如压电扬声器、助听器、报警器等。在超声领域里，微型声学压电传感器可以应用于发射超声脉冲、接收超声探测信号，二维、三维超声成像和测量等。在测力方面，硅微压电振动膜可以作为微力传感器的测量单元；另外它也可以作为质量传感器的传感单元，用于微小质量的测量。较传统的压电传感器而言，含有硅微压电传感振动膜的传感器有着体积小、功耗低、易于大批量生产等优点。

现有的硅微压电传感振动膜如图1所示，主要是由上电极103、压电薄膜102、下电极101、支撑层100构成。主要的传感部分为上电极103和下电极101以及中间的压电薄膜102所组成的夹心结构。其中压电薄膜102为垂直于上下电极平面的单一方向极化，整个极化区域即上电极覆盖区域的压电薄膜的压电常数一定。极化的方式可以有两种，方式一为上电极施加正电压，方式二为下电极施加正电压，如图2和图4所示，极化后的压电薄膜的极化方向与施加电场方向一致。极化后的压电传感薄膜有两种工作模式。第一种模式是接收模式，如图3和图5所示，振动膜在力、压强的作用下会产生形变，压电薄膜由于压电效应将其上下表面产生大小相等、极性相反的电荷，再由上下两个电极输出。第二种工作模式是发射模式，将电压或电荷施加在上电极103和下电极101上，使压电薄膜102内产生垂直于表面的电场。在电场作用下，压电薄膜102由于逆压电效应会产生形变，当施加特定的交流电压信号时，含有压电薄膜的振动膜会产生相应频率的振动。

上述的硅微压电传感器的压电传感振动膜大多只有单一的上电极103和下电极101，这种结构的缺点是传感灵敏度较低(比如专利03809931.4)。为了解决上述的问题，提高灵敏度，本申请人在以前的中国专利申请(申请号：200510086861.7)提出一种分割电极结构，它将原有的单一电极传感器变成了两个或几个分割电极串联的结构，如图6和图7所示，将上电极103分为第一上电极104和第二上电极105，如图8所示，下电极101分割为第一下电极106和第二下电极107，然后将第二上电极105和第一下电极106联接，从而构成两个传感单元的串联结构，使信号得以增强，理论上可以成倍提高传声器的灵敏度。但是这种分割电极结构仍然存在以下的缺点：

(1)传感器的信号由上下两个电极引出。如图1所示由于下电极位于压电薄膜的下面，这需要腐蚀压电薄膜102将其下面的下电极引出。而对于由压电陶瓷(比如PZT)组成的压电薄膜，腐蚀工艺难度大、工艺条件苛刻，不易控制腐蚀的时间和程度；而且在腐蚀工艺过程中容易破坏压电薄膜的压电性，从而使整个器件失效，产品的成品率下降。

(2)分割电极的串联结构需要上下电极进行相应的跨层连接，如图7所示，第二上电极105要与第一下电极106连接，而下电极107需要做引出以输出信号，由于上下电极不在同一层面内，因此在做上述的上下电极串联和电极引出时需要将引线跨越一定的台阶，该台阶的高度取决于上下电极的高度差，此处实例性的为压电薄膜102的厚度，这样的连线方式容易造成断线，从而降低产品的成品率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种工艺简单、成品率高的分割电极串联式硅微传感振动膜。

为实现上述发明目的，本发明提供的包含两种极化方向压电薄膜的传感振动膜，由由下至上的支撑层、下电极、压电薄膜和上电极组成；其特征在于，所述上电极包括相互分离的第一上电极和第二上电极，所述下电极为公共下电极，所述压电薄膜包括位于第一上电极正下方的第一压电薄膜区域，和位于第二上电极正下方的第二压电薄膜区域，所述第一压电薄膜区域与第二压电薄膜区域的极化方向相反，所述第一上电极和第二上电极分别作为整个振动膜的输入输出电极。