[发明专利]多层梁结构的电容式微机械温度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机械温度传感器，尤其涉及一种多层梁结构的电容式温度传感器。

背景技术

温度传感器是工农业生产和科学研究过程中最常用的传感器之一，种类繁多，大致可分为传统分立式传感器和半导体温度传感器。传统的温度传感器(如，热电偶、铂电阻、双金属开关等)虽然有着各自不可替代的优点，但体积大、一致性差，制约了它们在微型化高端电子产品中的应用。而半导体温度传感器具有灵敏度高、体积小、功耗低、时间常数小、自热温升小、抗干扰能力强等诸多优点，可以电压、电流、频率输出，在-55℃～150℃温度范围内都与温度成线性关系，但由于存在PN结，其在恶劣环境中(如高温、低温、辐射)应用受到限制。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种多层梁结构的电容式微机械温度传感器，该传感器具有测量温度范围宽的优点。

技术方案：本发明是一种用于传递温度信号的多层梁结构电容式温度传感器，由电容极板和连接电容极板的引线组成，利用微机械加工方法制备。该传感器由上电容极板和下电容极板及连接电容极板的第一引线和第第二引线组成，上电容极板和下电容极板为导电膜，在该两导电膜之间由绝缘介质膜填充，第一引线和第第二引线分别对应与上电容极板和下电容极板相接，下电容极板设在衬底上，在下电容极板下设有空腔。上电容极板的导电膜为金属膜，下电容极板的导电膜为P⁺层，绝缘介质膜为二氧化硅。

有益效果：本发明采用由导体(或半导体)/介质层/导体(或半导体)组成的多层梁固体可变电容结构，即在两层电容极板间填充了绝缘介质。在温度变化时，多层梁的各层材料因热膨胀系数失配而产生热应力，使多层梁发生弯曲形变。形变造成极板面积和介电常数发生改变，因此引起传感器电容发生变化，可变电容由上下极板电极材料引出。各层材料热膨胀系数要相差较大，灵敏度就高，故可选择金属和掺杂硅作为上下极板。同时增大传感器敏感膜的面积，可提高电容的变化量。

附图说明

图1是本发明的结构剖视图。

图2是本发明的俯视图。

具体实施方式

本发明是一种用于传递温度信号的多层梁结构电容式温度传感器，该传感器由上电容极板1和下电容极板2及连接电容极板的第一引线3和第第二引线4组成，上电容极板1和下电容极板2为导电膜，在该两导电膜之间由绝缘介质膜5填充，第一引线3和第二引线4分别对应与上电容极板1和下电容极板2相接，下电容极板2设在衬底6上，在下电容极板2下设有空腔。上电容极板1的导电膜为金属膜，下电容极板2的导电膜为P⁺层，绝缘介质膜5为二氧化硅。

本发明的传感器电容在温度变化时，多层梁会因热应力产生形变，从而导致电容的变化。通过测量传感器的电容变化，可得到温度变化。

本发明可采用以下工艺制备：

(1)衬底硅上热氧化形成氧化层，光刻窗口，重掺杂注入形成P⁺层，定义出下极板，

(2)介质薄膜层淀积与图形光刻，

(3)光刻引线孔，

(4)淀积金属并光刻形成上极板和引线，

(5)硅片背面腐蚀掏腔。