[发明专利]一种仿生微悬臂梁结构、其制造方法及压阻传感器

说明书

本发明提供了一种仿生微悬臂梁结构、其制造方法及压阻传感器，所述微悬臂结构包括：呈悬臂梁结构的硅衬底、设置在所述硅衬底中的仿生孔缝组，以及设置在所述硅衬底上表面的梁上压敏电阻、衬底压敏电阻和电极引线；两个所述仿生孔缝组呈对称排列在所述硅衬底中心轴左右两侧；所述仿生孔缝组包括至少一条仿生缝；仿生缝为基于蝎子缝感受器仿生而成；所述梁上压敏电阻与衬底压敏电阻之间通过电极引线构成惠斯通电桥。本发明基于彼得异蝎跗骨关节处缝感受器应力放大的机理，同时应用微纳制造技术设计出一种超敏感知微信息的微悬臂梁结构。本发明提供的微悬臂梁结构具有灵敏度高、检测精度高、易于批量生产等特征。

技术领域

本发明涉及传感器制造技术领域，尤其涉及的是一种仿生微悬臂梁结构、其制造方法及压阻传感器。

背景技术

近年来，基于微悬臂梁结构的传感器已经成为微机电系统领域的研究热点。含有微悬臂梁结构的传感器具有结构轻巧，传感灵敏，分辨率高等特性，在加速度检测，质量检测，生化成分分析等方面具有广泛的应用。微悬臂梁结构作用机理是悬臂梁在外力作用下产生形变，形变量乘以悬臂梁法向弹性系数，从而得到悬臂梁所受外力大小。

检测悬臂梁变形的电学方式有压电式、电容式和压阻式。其中压阻式通过在悬臂梁上设置对形变敏感的压敏电阻，当悬臂梁受力产生形变时，会导致梁上压敏电阻阻值产生变化，通过电桥的放大作用，将悬臂梁形变导致的电压变化放大，通过计算得到悬臂梁受力值。

微悬臂梁检测灵敏度取决于悬臂梁的几何尺寸，检测的带宽主要取决于悬臂梁结构的第一阶固有频率。灵敏度和带宽往往是一对矛盾的量，若从几何尺寸出发，比如增加悬臂梁的长度或者减小悬臂梁的厚度，则会提高悬臂梁的灵敏度，但是悬臂梁检测的带宽会随之减小。因此，采用传统提高悬臂梁检测灵敏度的方法不能保持悬臂梁足够的检测带宽。

因此，现有技术还有待于进一步的改进。

发明内容

本发明的目的在于为用户提供一种仿生微悬臂梁结构、其制造方法及压阻传感器，克服现有技术中微悬臂梁的检测灵敏度随着悬臂梁长度的增加或厚度的减小而增加，但检测带宽随着悬臂梁长度的增加或厚度的减小而减小的缺陷。

本发明提供的第一实施例为一种仿生微悬臂梁结构，包括：呈悬臂梁结构的硅衬底、设置在所述硅衬底中的两个仿生孔缝组，以及设置在所述硅衬底上表面的梁上压敏电阻、衬底压敏电阻和电极引线；

两个所述仿生孔缝组呈对称排列在所述硅衬底中心轴左右两侧；各个所述仿生孔缝组内包括：至少一条仿生缝；

所述仿生缝为基于蝎子缝感受器仿生而成；

所述梁上压敏电阻与衬底压敏电阻之间通过电极引线构成惠斯通电桥。

可选的，所述仿生孔缝组内的每一条仿生缝设置为贯穿所述硅衬底。

可选的，两个所述梁上压敏电阻呈U型分别对应包围两个所述仿生孔缝组。

可选的，每条所述仿生缝的两侧尖端按照蝎子缝感受器内仿生缝的外形特征设计为半圆形。

可选的，所述呈悬臂梁结构的硅衬底为T型结构；所述衬底压敏电阻和电极引线布局在所述T型结构上端的硅衬底表面上，所述梁上压敏电阻与所述仿生孔缝组均布局在所述T型结构下端的硅衬底表面上。

可选的，所述仿生缝长10~200微米，仿生缝的长宽比值为4~20，仿生缝之间的距离为5~100微米。

可选的，各个仿生缝之间相互平行排列。

可选的，各个所述仿生缝长度、长宽比以及仿生缝之间的距离均不相同。

本发明提供的第二实施例为一种仿生微悬臂梁结构的制造方法，其中，包括：

采用硅片作为衬底，在硅片表面氧化出一层二氧化硅绝缘层；