[发明专利]一种扭摆平移式微机电磁场传感器

说明书

本发明公开了一种用于测量磁场方向的微机电系统磁场传感器，包括从下向上依次叠加设置的衬底、底电极层、牺牲层、氧化硅层及金属层，牺牲层的中部空心，氧化层的中部为扭转板，金属层的顶面设有锚区，金属层位于扭转板上方；扭转板的上方设置第一电容、第二电容，第三电容和第四电容，扭转板的顶面布设有第一电容引线、第二电容引线、第三电容引线，第四电容引线和沿扭转板边缘布设的金属线；金属线的两端分别与一个焊盘连接；底电极层与金属层连接；在氧化硅层的边部上方设置焊盘，金属层与焊盘连接。该磁场传感器结构简单，可以实现磁场方向以及幅度的测量。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，具体来说，涉及一种扭摆平移式微机电磁场传感器。

背景技术

磁场传感器有着悠久的历史，指南针的发明到现代交通导航，磁场传感器越来越被人重视。

磁传感器的应用十分广泛，已在国民经济、国防建设、科学技术、医疗卫生等领域都发挥着重要作用，成为现代传感器产业的一个主要分支。在传统产业应用和改造、资源探查及综合利用、环境保护、生物工程、交通智能化管制等各个方面，它们发挥着愈来愈重要的作用。目前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。

随着微机电系统技术的发展，极大地推动了MEMS磁场传感器的发展，出现了一些微型磁场传感器的结构，同时新发展的MEMS工艺能够在硅衬底上利用IC后处理工艺制作各种机械结构，为磁场传感器的设计开辟了新的途径，近年来，提出了一些微型磁场传感器的结构，如法国的Vincent Beroulle、Laurent Latorre提出的MEMS磁场传感器，在悬臂梁与锚区附近做压阻，通过测量压阻的输出检测磁场。扭摆式MEMS磁场传感器最早由BeverleyEyre等人提出，测量在磁场作用下受力后结构扭摆的幅度，来测量磁场的大小。这些磁场传感器只能测量磁场的大小。磁场是一个矢量，所以对磁场方向信息很重要。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种扭摆平移式微机电磁场传感器，该磁场传感器可以测量磁场幅度及角度，且该磁场传感器结构简单。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种扭摆平移式微机电磁场传感器，该磁场传感器包括从下向上依次叠加设置的衬底、底电极层、牺牲层、氧化硅层和金属层；牺牲层为中空结构，氧化硅层的顶面上设有第一焊盘、第二焊盘、第三焊盘、第四焊盘、第五焊盘、第六焊盘、第七焊盘、第八焊盘、第九焊盘、第十焊盘、第十一焊盘、第十二焊盘、第十三焊盘、第十四焊盘、第十五焊盘和第十六焊盘；氧化硅层的中部设有两个扭摆梁，每个扭摆梁一端通过一支撑梁与氧化硅层固定连接，扭摆梁和支撑梁处于悬空状态；扭摆梁的内侧设有可动平板，可动平板通过四个s型支撑梁与两个扭摆梁的内壁固定连接，可动平版和s型支撑梁处于悬空状态；扭摆梁边缘和支撑梁边缘布设有第一驱动金属线、第二驱动金属线、第三金属驱动线和第四金属驱动线；可动平板的顶面设有第一电容、第二电容、第三电容和第四电容；第一电容通过第一电容引线与第八焊盘连接；第二电容通过第二电容引线与第九焊盘连接；第三电容通过第三电容引线与第十三焊盘连接；第四电容通过第四电容引线与第十二焊盘连接；第一驱动金属线的两端分别与第五焊盘和第十一焊盘连接，第二驱动金属线的两端分别与第六焊盘和第七焊盘连接，第三驱动金属线的两端分别与第十焊盘和第十六焊盘连接，第四驱动金属线的两端分别与第十四焊盘和第十五焊盘连接；牺牲层中设有含有金属柱的四个通孔，四个通孔分别位于第一焊盘、第二焊盘、第三焊盘和第四焊盘下方，底电极层通过通孔中的金属柱与第一焊盘、第二焊盘、第三焊盘、第四焊盘相连。

作为优选例，所述的第一电容、第二电容、第三电容和第四电容位于可动平板相对的四条边上；第一电容和第三电容平行，且对称分布；第二电容与第四电容平行，且对称分布。