[发明专利]MEMS传感器

说明书

本发明公开了一种MEMS传感器，包括：衬底以及通过间隔部支撑在衬底上方的振膜，所述衬底、间隔部、振膜围成了真空腔；其中，振膜在大气压力下的静态偏转距离小于振膜与衬底之间的距离；检测结构，所述检测结构用于输出表征振膜变形的电信号；驱动装置，所述驱动装置被配置为：为振膜提供朝远离真空腔方向抵抗外界压力的力。

技术领域

本发明涉及测量领域，更具体地，涉及一种传感器，尤其是一种具有高性能的MEMS传感器。

背景技术

现有主流的传感器，例如麦克风、压力传感器、位移传感器等，均是通过平板电容器的原理进行检测。例如在麦克风的结构中，通常包括衬底以及形成在衬底上的背极板、振膜，其中，背极板与振膜之间具有间隙，使得背极板、振膜共同构成了平板式的电容器感测结构。

为了充分利用振膜的机械灵敏度，麦克风需要设计一个具有环境压力的巨大后腔，以确保流动空气的刚性远远超过振膜。后腔的容积通常远大于1mm³，例如后腔的容积通常设计为1-15mm³。而且麦克风芯片在封装的时候，需要开放其腔体。这就限制了MEMS麦克风最小尺寸封装的设计(3mm³)。

这时如果麦克风的后腔容积过小，则非常不利于空气的流通，这种空气的刚性会大大降低振膜的机械灵敏度。另外，为了均衡后腔内的压力，在背极板上通常会设计密集的导通孔，而由于空气粘度造成的间隙或穿孔中的空气流动阻力成为MEMS麦克风噪声的主导因素，从而会在一定程度上限制麦克风的高信噪比性能，最终会导致麦克的性能不佳。并且，为了使振膜能抵抗外界的压力，就要求振膜要具有较好的刚性，使其能承受更大的外界压力，但是这会导致振膜的机械灵敏度大大的降低，造成麦克风的开路灵敏度相对较低，最终也会影响到麦克风的性能。

由此可见，需要提出一种新的传感器结构，以解决现有技术中存在的至少一个问题。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种MEMS传感器的新技术方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种MEMS传感器，包括：衬底以及通过间隔部支撑在衬底上方的振膜，所述衬底、间隔部、振膜围成了真空腔；其中，振膜在大气压力下的静态偏转距离小于振膜与衬底之间的距离；

检测结构，所述检测结构用于输出表征振膜变形的电信号；

驱动装置，所述驱动装置被配置为：为振膜提供朝远离真空腔方向抵抗外界压力的力。

可选地，所述驱动装置为磁性驱动，至少包括设置在振膜上的第一磁体，以及相对固定在衬底上的第二磁体；所述第一磁体、第二磁体被配置为互相之间产生排斥力，以使第一磁体驱动振膜抵抗外界压力。

可选地，所述第二磁体设置在衬底上远离振膜的一侧。

可选地，所述第一磁体、第二磁体为磁性薄膜。

可选地，所述磁性薄膜采用CoCrPt或者CoPt材质。

可选地，所述驱动装置为设置在振膜上的压电片，所述压电片被配置：为振膜提供抵抗外界压力的力。

可选地，上述的MEMS传感器，还包括极板，所述极板支撑在振膜上方，所述极板上设置有导通孔；所述极板、振膜之间被配置为形成第一静电力，该第一静电力为振膜提供抵抗外界压力的力。

可选地，在衬底上设置有与振膜形成平板电容式检测结构的检测下电极，所述检测下电极、振膜之间同时被配置为形成第二静电力：该第二静电力的方向与第一静电力的方向相反，第二静电力与第一静电力共同制约在振膜上。

可选地，所述检测结构为电容式、压电式、压阻式或磁阻式检测结构。

可选地，MEMS传感器为麦克风，压力传感器或力传感器。