[发明专利]具有非传导感测质量体的微机电传感器和通过微机电传感器感测的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有非传导感测质量体的微机电传感器和通过微机电传感器感测的方法。

背景技术

本领域已知利用可移动质量体相对于支撑结构的相对移位的各种类型的微机电传感器。这一类型的传感器在许多装置中在不断增加的程度上扩展并且可以例如包括加速度计、陀螺仪和声电换能器(麦克风/扬声器)。

可移动质量体的移位由待测量的量的变化来确定。例如在加速度计的情况下，向支撑结构施加的力修改它的运动状态并且引起可移动质量体的相对移位。在陀螺仪中，保持于受控振动中的可移动质量体由于支撑结构的旋转所致的科里奥利加速度而移位。

在声电换能器中，可移动质量体为隔膜的形式，该隔膜响应于入射声波而经历变形。

因而根据可移动质量体的移位量而有可能推导已经引起移位的量的值。

在许多传感器中，可移动质量体电容耦合到支撑结构，并且电容耦合与可移动质量体本身的位置成比例可变。根据可以在电端子容易获得的关于电容耦合的信息推导待测量的量。

根据广泛采用的解决方案，支撑结构和可移动质量体具有相应相互相向传导电极以便形成电容器。电容器的电容由在支撑结构的电极与可移动质量体的电极之间的距离确定、因此依赖于后者的位置。空气一般存在于电极之间。

尽管应用范围广泛，然而有限制这一类型的电容传感器的性能并且有时限制其使用可能性的一些方面。

经常冲突的最关键方面一般是传感器的灵敏度和线性度。灵敏度(定义为电容相对于在感测方向上的位置而言的导数)基本上依赖于传感器的几何形状(电极的表面和静止距离)并且依赖于悬置元件(这些元件将可移动质量体连接到支撑结构以实现相对于预定自由程度的弹性振荡)的硬度或者在声电换能器的情况下另外依赖于隔膜的硬度。具体而言，更硬弹性件或者隔膜实现最适度比例的移位、因而实现少量电容变化。然而在另一方面，如果线性度受益于相对于静止位置的少量移位，则灵敏度受限制并且整造成更低准确度和抗噪度。更少硬度的弹性连接和隔膜有利于灵敏度、但是减少线性度。此外，在可移动部分与固定部分之间的碰撞风险(该风险可能甚至引起对设备的不可逆损坏)增加。

又一限制源于需要为固定电极并且为可移动电极提供电连接。微机电传感器的架构经常复杂，并且提供许多电连接可以证实有问题。

已经提出使用传感器(这些传感器利用在基板的表面上提供并且偏置的电容器)和由聚合物材料(例如聚对二甲苯)制成并且在与衬底相距可变距离设置的可移动质量体。可移动质量体根据相对于基板的表面而言的位置不同地修改在电容器的边缘的场线、因而修改它们的电容。

然而这一解决方案带来限制，因为聚合物并且具体为聚对二甲苯远不适合于如代之以在许多情况下将必需的那样创建复杂微结构。灵活性因而欠佳，并且使用可能性相当有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种将实现减轻上文描述的限制的微机电传感器和感测方法。

根据本发明，提供一种微机电传感器和感测方法。

附图说明

为了更好地理解本发明，现在将完全通过非限制例子并且参照以下附图描述其一些实施例：

-图1是根据本发明第一实施例的微机电传感器的简化俯视平面图；

-图2是图1的微机电传感器的细节的放大透视图；

-图3是图1的微机电传感器的部分的简化框图；

-图4是根据本发明第二实施例的微机电传感器的横截面；

-图5是根据本发明第三实施例的微机电传感器的简化俯视平面图；

-图6是经过根据本发明第四实施例的微机电传感器的横截面图；并且

-图7是根据本发明一个实施例的包含微机电传感器的电子系统的简化框图。

具体实施方式

图1和图2以简化方式示出了这里由标号1标示的微机电传感器，具体为单轴加速度计。

微机电传感器1包括由半导体材料(例如硅)制成的支撑结构2和容纳于支撑结构2的空腔4中的感测质量体3，并且感测质量体3根据在描述的实施例中为平移类型的自由度相对于支撑结构2本身可移动的感测质量体3。在实践中，感测质量体3通过弹性连接元件5约束到支撑结构，弹性连接元件5被配置成实现感测质量体3相对于静止位置沿着感测轴X的相对移动。在图1和图2的实施例中，感测轴X另外与在其中容纳感测质量体3的空腔4的底表面4a平行。感测质量体3因此在与它相向的表面4a平行的方向上可移动。