[发明专利]一种感压膜中间固定式电容压力传感器及制作方法

权利要求书

1.一种电容式压力传感器，其特征在于，包括基底(100)、真空腔(101)、感压膜(102)、中间固定支柱(103)、电极板(202)；

基底(100)、感压膜(102)和中间固定支柱(103)为同一材料的一个整体；基底(100)和感压膜(102)之间形成密闭真空腔(101)，真空腔(101)为截面为环形的柱状空间；感压膜(102)的中部和基底(100)通过中间固定支柱(103)相连；

电极板(202)下端有上电极(201)、下电极(203)，电极板(202)与感压膜(102)所在部分通过键合的方式连接，并形成良好欧姆接触，在电极板(202)与感压膜(102)之间或在电极板(202)表面加工孔形成空气通道，使感压膜感受压力变化。

2.根据权利要求1所述的一种电容式压力传感器，其特征在于，感压膜(102)为圆形薄膜。

3.根据权利要求1所述的一种电容式压力传感器，其特征在于，中间固定支柱(103)为圆柱形。

4.根据权利要求1所述的一种电容式压力传感器，其特征在于，电极板(202)选用单晶硅或玻璃。

5.根据权利要求1所述的一种电容式压力传感器，其特征在于，通过改变感压膜(102)半径和中间固定支柱(103)的尺寸改变传感器变形和灵敏度，也可以通过阵列方式来得到高的灵敏度。

6.一种如权利要求1-5任意一项所述的电容式压力传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据感压膜(102)和中间固定支柱(103)的尺寸设计掩模版；

2)采用低电阻率的单晶硅片，然后进行光刻；

3)采用深反应离子刻蚀DIRE，刻蚀单晶硅，形成硅沟槽；

4)去胶、清洗，在一定温度、压力下退火，在退火加工过程中由于表面能量最小化及硅原子在高温环境中自动迁移，自发形成了一个有中心固定支柱(103)的感压膜(102)和真空腔(101)，且有较小的残余应力；

5)在电极板(202)上溅射Ti/Pt/Au薄膜并图形化，形成上电极(201)、下电极(203)；

6)将步骤5形成的结构与步骤4形成的电极板(202)进行键合，得到中间固定式电容压力传感器。

7.根据权利要求6所述的电容式压力传感器的制作方法，其特征在于，所述步骤1)-4)的具体过程为：

采用低阻率的单晶硅片作为基底(100)，将光刻胶(300)均匀涂在单晶硅上并进行曝光、显影；

单晶硅的基底(100)经过深反应离子刻蚀DIRE形成的硅沟槽；

经过加工后的单晶硅在温度1100℃左右，压力小于1x10^-3Pa的高真空环境中退火15～30min的条件下，单晶硅上端刻蚀形成直径较大的硅柱(103)以及直径较小的硅柱(104)；

直径较大的硅柱(103)、直径较小的硅柱(104)的凸角处的硅原子向凹角处迁移，此时沟槽上的直角开始变圆，之后相邻的硅柱在退火过程中慢慢结合在一起形成感压膜(102)；

感压膜(102)下方自发形成一体的真空腔(101)，而感压膜的中间部分的直径较大的硅柱(103)在该退火中不会与其他硅柱连接在一起，形成固定感压膜的中间固定支柱(103)。

8.根据权利要求6所述的电容式压力传感器的制作方法，其特征在于，对单晶硅形成的硅沟槽的深度和相邻硅沟槽的距离进行调整形成不同尺寸的单晶硅感压膜(102)，用来满足不同的需求。