[发明专利]一种高灵敏宽量程电容式力传感器及其制备方法

说明书

本发明公开一种高灵敏宽量程电容式力传感器及其制备方法，属于传感器技术领域。所述高灵敏宽量程电容式力传感器包括相键合的硅衬底和玻璃衬板，所述硅衬底的第一端通过介质连接有上层硅薄膜；所述上层硅薄膜的表面依次形成有第一硼硅膜和第一膜上电极；所述硅衬底的第二端形成有下层硅悬臂梁，所述硅衬底的第二端和所述下层硅悬臂梁的上表面覆盖有第二硼硅膜；所述第二硼硅膜的表面依次形成有第二硼硅膜和第二膜上电极；所述高灵敏宽量程电容式力传感器还包括衬底电极，位于所述玻璃衬板的顶表面。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种高灵敏宽量程电容式力传感器及其制备方法。

背景技术

力传感器在生活、工业中应用十分广泛，广泛应用于水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、电力、机床等众多行业。力传感器的种类丰富，常见的力传感器包括电容式力传感器、电阻应变片式力传感器、压电式传感器、谐振式力传感器等。其中，电容式力传感器的优点是结构简单，温度稳定性好，价格便宜，灵敏度高，过载能力强。随着科技的进步和发展，对力传感器的要求越来越高，其体积要求更小、灵敏度更高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高灵敏宽量程电容式力传感器及其制备方法，以实现小体积、高灵敏度、宽量程的力传感器。

为解决上述技术问题，本发明提供一种高灵敏宽量程电容式力传感器，包括相键合的硅衬底和玻璃衬板，

所述硅衬底的第一端通过介质连接有上层硅薄膜；所述上层硅薄膜的表面依次形成有第一硼硅膜和第一膜上电极；

所述硅衬底的第二端形成有下层硅悬臂梁，所述硅衬底的第二端和所述下层硅悬臂梁的上表面覆盖有第二硼硅膜；所述第二硼硅膜的表面依次形成有第二硼硅膜和第二膜上电极；

所述高灵敏宽量程电容式力传感器还包括衬底电极，位于所述玻璃衬板的顶表面。

可选的，所述衬底电极位于所述玻璃衬板的中心位置。

可选的，所述衬底电极的第一部分与所述第一硼硅膜构成第一平行板电容，第二部分与所述第二硼硅膜构成第二平行板电容。

可选的，所述下层硅悬臂梁的一端与所述硅衬底连接，另一端悬空；其上表面与所述硅衬底齐平。

可选的，所述上层硅薄膜的一端悬浮，另一端通过所述介质与所述硅衬底连接。

可选的，所述上层硅薄膜高于所述下层硅悬臂梁，且所述上层硅薄膜向下弯曲时能够接触到所述下层硅悬臂梁。

可选的，所述上层硅薄膜的厚度小于所述下层硅悬臂梁的厚度。

本发明还提供了一种高灵敏宽量程电容式力传感器的制备方法，包括如下步骤：

提供硅片，去掉部分硅片表面的硅薄膜层和对应的氧化硅中间层，形成上层硅薄膜并露出部分硅衬底；

在所述上层硅薄膜以及露出的部分硅衬底的表面进行浓硼扩散，形成第一硼硅膜和第二硼硅膜；

光刻形成上电极图形，并形成第一硅膜上电极和第二硅膜上电极；

从硅衬底背面腐蚀一定厚度，背面光刻，形成下层悬臂梁，采用氢氟酸湿法腐蚀从背面将所述上层硅薄膜和所述下层悬臂梁分离释放；

提供玻璃衬底，在所述玻璃衬底上溅射一层铬金作为衬底电极；

将加工好的硅片和玻璃衬底进行键合，形成该传感器。

可选的，所述硅片的衬底为（100）晶向。

可选的，采用磁控溅射电极金属铝形成所述第一硅膜上电极和所述第二硅膜上电极。