[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

说明书

本发明提供一种感压膜中间固定式电容压力传感器及制作方法，涉及到MEMS领域。该压力传感器由基底100、感压膜102、真空腔101、电极201和电极203构成，其中基底、真空腔和感压膜为一个整体。当感压膜受到压力时会产生变形，使感压膜102与电极板202之间的距离发生改变，导致二者之间的电容发生变化，通过电极201和电极203检测电容。本发明的基底100、感压膜102、真空腔由紫外光刻、干法刻蚀和真空高温退火工艺一次形成，无需真空密封工艺，提高稳定性、可靠性；本发明的感压膜由中间固定支柱固定在基底上，可在很大的压力范围内均具有很好的线性度，扩大传感器的使用量程。

技术领域

本发明涉及微机电系统领域，尤其涉及一种感压膜中间固定式电容压力传感器，用于提高传感器的线性度，扩大使用量程。

背景技术

微传感器由于其尺寸小、性能好和可靠性高而广为应用。目前常见的微压力传感器主要有电容式和压阻式两种，相比于压阻式压力传感器，电容式压力传感器具有响应时间短，温度范围宽等优点。电容压力传感器又包括极距变化型和面积变化型，相比于面积变化型，极距变化型电容压力传感器对被测系统影响小且灵敏度高。

极距变化型电容压力传感器是利用改变上下极板间距来改变电容值，具有固有的非线性特性，因此期望设计出线性度良好的极距变化型电容压力传感器。在专利CN105241584A中公开了一种电容式压力传感器，其在下移动极板中心键合一个移动质量块，通过移动质量块与固定电极间距的变化带来电容的变化，从而实现压力的测量。由于质量块的移动为整体平行移动因此具有较高的线性度，但该传感器的腔体是通过键合等一系列复杂工艺形成的，无法保证腔体长期的气密性，并且由于质量块本身的质量和体积无法适用于大压力范围的测量。在专利CN1484008A中公开了一种多层膜电容式压力传感器，该传感器是通过多层膜结构来提高传感器线性度，这对传感器的加工工艺提出了更高的要求且不利于传感器的小型化和集成化。

发明内容

基于此，本发明提供了一种新型的电容式绝对压力传感器，该传感器具有良好的线性度且适用于大范围压力的测量。

一种电容式压力传感器，包括基底100、真空腔101、感压膜102、中间固定支柱103、上电极201、下电极201和电极板202组成。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。感压膜102为圆形薄膜，中间固定支柱103为圆柱形，分别与感压膜102和基底100相连，真空腔为截面为环形的柱状空间。电极板202上有上电极201和下电极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。

本发明的有益效果是，当气压作用于感压膜，感压膜发生变形，感压膜与电极板之间的距离发生变化，通过电极203和电极201来检测感压膜和电极板之间的电容变化。由于该传感器感压膜的中心区域被固定不会发生变形，与中心没有固定的感压膜的传感器相比，提高了传感器的线性度。另外，由于基底100、真空腔101、感压膜102和中间固定支柱103为同一材料的一个整体，具有非常好的气密性和稳定性。

本发明制作方法的实施方案：

1.根据设计的感压膜、真空腔等传感器的尺寸设计掩模版。

2.采用低电阻率的单晶硅片，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，在温度1100℃左右，绝对压力小于1x10^-3Pa的真空环境中退火15～30min。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等，自发形成了一个有中心固定支柱的感压膜和真空腔，且有较小的残余应力。

5.电极板可以选用单晶硅或玻璃。在电极板上溅射Ti/Pt/Au薄膜并图形化，形成上电极和下电极。