[发明专利]一种抗环境干扰的多集成MEMS触觉传感器及其制作方法

说明书

本发明提供一种可抗干扰的多集成MEMS触觉传感器及其制作方法。本发明包括基板，所述基板为硅制成的晶片；温度传感器，位于所述基板上，压力传感器，位于所述基板上；热电红外探测器，位于所述基板上；导热传感器，位于所述基板上，所述导热传感器自下而上包括下部硅衬底、上部硅衬底、电绝缘层、同心铬/铂薄膜层。本发明中同心铬/铂薄膜层采取了同心方形环状结构，其内环与外环之间存在着一定的空间，这种设计既可消除导热传感器中的温度漂移和弯曲/拉伸应变，又可以避免内环对外环产生热干扰。本发明在低成本、小体积的前提下，对接触物体可以实现多维度的测量，可以同时感知接触物体的导热性，接触压力，感测外界温度和热辐射情况。

技术领域

本发明提供一种可抗干扰的多集成MEMS触觉传感器及其制作方法，该触觉传感器能够实现接触式温度测量、红外温度测量、导热率测量和压力测量的功能。

背景技术

多模态触觉感知对于实现环境判断、威胁识别和精细运动任务非常重要，细腻准确的触觉能力对于机器人和假肢的复杂应用也非常重要。多集成触觉传感器可以使机器人能够准确、快速、安全地与其周围环境进行交互。此前许多研究人员提出了基于压阻、电容、摩擦电、驻极体、磁性等各种触觉传感器，还开发了多感官电子皮肤(e-skins)通过将不同的传感器直接集成到具有堆叠或平面结构的传感网络或阵列中，或者使用定制的先进材料和对物理刺激敏感的微结构。虽然目前触觉传感器的发展取得了显着成果，但它们仍然需要复杂的结构和制造方案，并且往往在同时感知多个刺激时存在相互干扰的问题。

单芯片集成复合传感器是下一代传感节点的理想选择，通过将各种传感元件与微机电系统(MEMS)技术集成在单个芯片上，单片复合传感器将具有更小尺寸、更低功耗和更低组装成本的优势。通过利用现代IC/MEMS代工厂的制造技术，可以最大限度地提高传感器的均匀性并最大限度地降低产品成本。

触觉感知在机器人技术中对于物体识别或抓取任务也很有用。现有的触觉物体识别主要基于压力/力感应。然而，对于复杂的物体识别，只有压力/力感应是不够的。具有相似机械特性的物质不能仅通过接触压力来区分，根据这点，可以利用不同的材料具有不同的热导率这一点，将热特性与物体的机械特征相结合，以提高识别精度。因此本发明提供一种具有抗干扰能力的多集成MEMS触觉传感器，对于工业应用和机械手的设计等具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以同时实现压力传感、温度传感、导热率测量和红外传感功能的抗环境干扰的多集成MEMS触觉传感器。

一种抗环境干扰的多集成MEMS触觉传感器，包括：

基板，所述基板为硅制成的晶片；

温度传感器，位于所述基板上，所述温度传感器自下而上包括电绝缘层、热敏电阻，所述电绝缘层与所述热敏电阻直接接触；

压力传感器，位于所述基板上，所述压力传感器自下而上依次包括电绝缘层、压力腔室以及压敏电阻，所述电绝缘层与所述压力腔室直接接触且延伸至所述压力腔室上表面，所述压敏电阻位于所述压力腔室上表面，并与延伸出的所述电绝缘层直接接触；

热电红外探测器，位于所述基板上，所述热电红外探测器自下而上包括电绝缘层、凹腔、中心凸台、氮化硅吸收层和热电偶，所述凹腔位于所述基板上，所述中心凸台位于所述凹腔的中心，所述氮化硅吸收层位于所述基板上并水平延伸至所述中心凸台上表面，所述氮化硅吸收层悬置在所述凹腔的正上方，所述热电偶位于所述氮化硅吸收层上表面，所述电绝缘层与所述氮化硅吸收层直接接触；