[发明专利]一种MEMS-IDT加速度传感器

说明书

本发明涉及一种MEMS‑IDT加速度传感器，所述加速度传感器包括：硅基悬臂梁及制备于悬臂梁应力集中之处的声表面波敏感元件以及制备于硅基悬臂梁自由端的质量振子。所述的硅基悬臂梁为采用深度刻蚀工艺制备的单自由度梁。所述的声表面波敏感元件包括低阻抗温补层、压电基片和钝化层。其中，所述低阻抗温补层沉积在所述硅基悬臂梁上；所述压电基片沉积在所述低阻抗温补层上；所述压电基片的上表面设置有声表面波器件图形；所述钝化层沉积于声表面波器件图形表面。该加速度传感器通过MEMS硅基悬臂梁与多层复合薄膜结构的温补型SAW相结合，解决了传统MEMS加速度传感器的大温漂问题，并具有微纳体积、高灵敏度和低功耗等特点。

技术领域

本发明涉及加速度传感器领域，尤其是涉及一种的MEMS-IDT加速度传感器。

背景技术

微机电系统(MEMS：Micro-Electro-Mechanical System)是由微传感器、微执行器、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件以及偏执行器等许多器件组成的微型复杂的电子机械系统的微型器件或系统。微机电系统是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域,是微米级集成电路的装置和工具，融合了光刻、腐蚀、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。MEMS是一项革命性的新技术，广泛应用于高新技术产业，是一项关系到国家的科技发展、经济繁荣和国防安全的关键技术。

MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器,与传统的传感器相比,具有体积小、重量轻、成本低、能耗低、线性度好等特点，被广泛应用于航空航天、医学、汽车工业等各个领域。而且，由于微机械结构制作精确、重复性好、易于集成化、适于大批量生产，所以具有很高的性价比。MEMS加速度传感器按照信号检测方式可分为压阻式、电容式、压电式等。

压阻式加速度传感器是利用硅材料的压阻效应制作的传感器，它的工作原理是将被测的加速度转换为硅材料电阻率的变化来进行加速度的测量。压阻式加速度传感器发展比较早，是应用较多比较成熟的传感器。压阻式加速度传感器具有加工工艺简单、频率响应高、体积小、测量方法简单、线性度好等优点,但是其受温度影响温度极大、灵敏度低。

电容式加速度传感器是利用电容原理，将被测加速度转换成电容的变化来进行加速度测量。电容式加速度传感器具有高灵敏度、测量精度高、功耗低等特点，易于构成高精度的力平衡式器件。此外，由于传感器的电容量和其变化量极小，同时为减小分布电容的影响，其调理电路必须与传感器集成在一块芯片上因此，对工艺和技术要求非常高。

声表面波(Surface acoustic wave:SAW)传感器是利用声表面波器件作为敏感元件，将被测的物理量通过声表面波的速度或者频率反映出来，然后将声信号转换成电信号输出，达到传感目的。基于声表面波技术的压电式加速度传感器相对于其他类型的加速度传感器而言，具有功耗低，结构简单，响应快速，高精度，高灵敏度、制作成本低、能耗低、抗振动能力好、使用寿命长、环境适应能力强以及良好的温度稳定性和可靠性等特点。声表面波加速度传感器结构形式很多，有推拉式，套筒式和悬臂梁式等。其中推拉式结构虽然结构可靠但是加工难度大，套筒式结构难以兼顾最小敏感量和最大量程的要求，而悬臂梁式结构简单易于加工，且具有较高的加速度灵敏度。

传统的SAW器件一般采用单晶压电材料。随着MEMS技术的快速发展，基于多层复合结构的SAW逐渐成为研究热点。与传统SAW器件相比，多层复合薄膜结构的SAW具有高Q值、低频率温度系数(TCF)、高机电耦合系数和良好的散热性的特点。

发明内容

本发明的目的，是为了克服现有加速度传感器存在的灵敏度不高和易受环境温度变化影响的问题，提供了一种体积小、重量轻、量程大、检测灵敏度高、制作成本低、功耗低、抗振动能力好、使用寿命长、环境适应能力强、高性能以及良好的温度稳定性和可靠性的新型MEMS-IDT加速度传感器。