[发明专利]一种宽量程高灵敏度MEMS电容薄膜真空规

说明书

本发明提供一种宽量程高灵敏度MEMS电容薄膜真空规，包括玻璃基底层、电极层、含硅基底层、保护层以及密封层，所述密封层、含硅基底层以及玻璃基底层从上到下依次设置；所述玻璃基底层与含硅基底层之间设置参考端腔体，所述密封层与含硅基底层之间设置测量端腔体，所述参考端腔体与测量端腔体之间设置感应薄膜，所述密封层上设置与测量端腔体连通的通气孔，所述保护层设置于测量端腔体内，且所述保护层上且位于感应薄膜的一端面设置凹槽，所述含硅基底层上设置与参考端腔体连通的电极引出孔，且还设置电极引出槽；所述电极层包括设置于玻璃基底层上且位于参考端腔体内的固定电极以及与固定电极连接且位于第一引出槽内的电极引出焊盘。

技术领域

本发明涉及机械设计和真空计量的技术领域，特别是一种宽量程高灵敏度MEMS电容薄膜真空规。

背景技术

基于微机电系统(MEMS)技术的电容薄膜真空规(CDG)具有小型化、低功耗及低成本的特点，同时也具备传统电容薄膜规精度高、线性度好、重复性好、长期稳定性好的特点。MEMS-CDG能够满足航空航天、生物医学等对测量仪器具有小型化需求的领域，近年来得到了迅速的发展，并在逐渐取代传统的机械式电容薄膜真空规。然而，现有MEMS-CDG测量范围较窄，且灵敏度低，对测量电路具有很高的要求，这也导致MEMS-CDG不能很好的满足各种场合的应用需求。因此具有宽量程、高灵敏度的MEMS-CDG具有广泛的应用前景，但是目前没有类似产品。

有鉴于此，本发明人专门设计了一种宽量程高灵敏度MEMS电容薄膜真空规，本案由此产生。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种宽量程高灵敏度MEMS电容薄膜真空规，能够实现1～80000Pa范围相对真空度的测量，具有分段线性的特征，测量分辨率优于5Pa，最高灵敏度为16.5fF/Pa；其具体技术方案如下：

一种宽量程高灵敏度MEMS电容薄膜真空规，适用于差压真空测量，具有宽量程和高灵敏度的特点，其包括玻璃基底层、电极层、含硅基底层、保护层以及密封层，所述密封层、含硅基底层以及玻璃基底层从上到下依次设置；

所述玻璃基底层与含硅基底层之间设置参考端腔体，所述密封层与含硅基底层之间设置测量端腔体，所述参考端腔体与测量端腔体之间设置感应薄膜，所述密封层上设置与测量端腔体连通的通气孔，所述保护层设置于测量端腔体内，且所述保护层上且位于感应薄膜的一端面设置凹槽，所述含硅基底层上设置与参考端腔体连通的电极引出孔，且还设置电极引出槽；

所述电极层包括设置于玻璃基底层上且位于参考端腔体内的固定电极以及与固定电极连接且位于第一引出槽内的电极引出焊盘；

其中，所述感压薄膜、固定电极以及薄膜下圆柱形槽组成敏感电容，电容信号通过第二引出槽与电极引出焊盘引出，所述参考端腔体通过电极引出孔与真空参考端连通，所述测量端腔体通过通气孔与真空测量端连通。

进一步的，所述含硅基底层上且位于玻璃基底层的一端面设置薄膜下圆柱形槽，且另一端设置与薄膜下圆柱形槽对应的薄膜上方形槽；

所述薄膜下圆柱形槽与薄膜上方形槽之间设置所述感应薄膜，所述薄膜下圆柱形槽、感应薄膜以及玻璃基底层形成所述参考端腔体，所述薄膜上方形槽、感应薄膜以及密封层形成所述测量端腔体。

进一步的，所述含硅基底层上且位于玻璃基底层的一端面设置用于连通电极引出孔与薄膜下圆柱形槽连通的电极连接槽，所述固定电极与电极引出焊盘之间设置电极连接片，所述电极连接片设置于玻璃基底层上且位于连接槽内。

进一步的，所述固定电极、电极连接片以及电极引出焊盘为一体式结构。

进一步的，所述电极层采用磁控溅射方式溅射在玻璃基底上，其包括三层结构，从下至上依次为铬层、铝层及氧化铝层，所述铬层、铝层及氧化铝层的厚度分别为30nm、300nm及10nm。