[发明专利]一种用于强磁场测量的梳齿状微传感器及制备方法

说明书

本发明涉及一种用于强磁场测量的梳齿状微传感器。包括依次连接的基底、传感器本体和封盖，其中传感器本体分为主体、一对测量电极体和一对驱动电极体三部分，一对测量电极体位于主体X方向的两侧，一对驱动电极体在主体Y方向两侧，且分别与主体对称呈齿状交错配合结构，最后基底、传感器本体和封盖通过键合形成内部真空的梳齿状微传感器。本发明实现了托卡马克的强磁环境下的竖直z方向的磁场大小的测量，通入交流信号的金属线圈在磁场下受到洛伦兹力作用，带动主体有往受力方向运动的趋势，再是驱动电极体上的梳齿上产生的静电力的复合作用下，使主体以某一频率机械振动，引起电容变化，进而推算出所测量的磁场大小。

技术领域

本发明属于微传感器技术领域，具体涉及一种用于竖直方向强磁场测量的梳齿状微传感器（MEMS）的结构设计及其制备工艺。

背景技术

随着世界经济的飞速发展和世界人口的增加，人类对能源的需求也越来越大，聚变能源的开发和利用是最有希望从根本上解决人类能源问题的方法，其中基于托卡马克装置的磁约束聚变研究是目前最有可能实现聚变能应用的途径之一，托卡马克装置实际上就是一个复杂的高温强辐射电磁系统，它利用多种磁体线圈产生的磁场编织成一个“磁笼”，利用带电粒子在磁场中做拉莫运动的性质，将高温等离子体约束在“磁笼”中，并附加各类辅助加热手段，使等离子体加热到一定温度，发生聚变反应。在托卡马克之中，磁场的来源主要有约束磁场和等离子电流形成的感生磁场，而感生磁场会随着电流的变化而变化，对其内部等离子体产生的感生磁场大小、位置、形状的精确测量和控制是个极大的挑战。

磁场传感器是可以将各种磁场及其变化的量转变成电信号输出的装置。自然界和人类社会生活的许多地方都存在磁场或与磁场相关的信息。利用人工设置的永久磁体产生的磁场，可作为许多种信息的载体。因此，探测、采集、存储、转换、复现和监控各种磁场和磁场中承载的各种信息的任务，自然就落在磁场传感器身上。在当今的信息社会中，磁场传感器已成为信息技术和信息产业不可缺少的基础原件。目前，人们已研制出利用各种物理、化学和生物效应的磁传感器，并已在科研、生产和社会生活的各个方面得到广泛应用，承担起探究种种信息的任务。

目前国内外用于特斯拉量级的稳定强磁场测量的传感器极少。

曾惠等人针对肿瘤热疗发生装置中产生的中频强磁场设计了一种三维传感器。这种传感器可测量空间三坐标磁场分量，合成磁场矢量。但这里所述的强磁场也只能达到300高斯，远远不能满足托卡马克内部强磁要求。

Elina Kuisma等人研究设计了一种传感器，其灵敏度、分辨率都较高，且测量磁场能达到10特斯拉。但其温度依赖性较大，耐辐射性较差，辐射后会导致该传感器的品质因数降低，不适合托克马克内部高温、强辐射的环境。

本发明主要就是针对托卡马克复杂的内部环境设计的。既能实现强磁场的测量，也能克服托卡马克内部恶劣的环境干扰。

发明内容

为了实现托卡马克的强磁场下的竖直磁场的测量，本发明提供一种用于强磁场测量的梳齿状微传感器结构。

一种用于强磁场测量的梳齿状微传感器包括依次连接的基底、传感器本体和封盖；

所述基底为500um厚的单面抛光晶片1，在抛光了的一侧上设有1um 深的腔体，在设有腔体的抛光了的整个表面设有第一氧化硅层2；

所述传感器本体为SOI晶片，分为主体区域、一对测量电极体区域和一对驱动电极体区域，一对测量电极体位于主体的X方向的两侧，一对驱动电极体位于主体的Y方向的两侧；一对测量电极体和主体之间为齿状交错结构配合结构，一对驱动电极体和主体之间为齿状交错配合结构；