本發(fā)明涉及mems傳感器的，尤其涉及一種基于鐃鈸結(jié)構(gòu)的mems傳感器。

背景技術(shù)：

1、目前，mems(micro-electro-mechanical?system，微電子機(jī)械系統(tǒng))技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，mems器件在結(jié)構(gòu)上具有尺寸小、厚度薄等特點，產(chǎn)品可批量生產(chǎn)，全自動化組裝具有成本優(yōu)勢，很多宏觀上的大尺寸的傳感器、執(zhí)行器都轉(zhuǎn)向mems結(jié)構(gòu)。

2、現(xiàn)有的mems傳感器結(jié)構(gòu)多樣，整體可以分類為懸臂梁和圓膜結(jié)構(gòu)。然而，圓膜結(jié)構(gòu)由于四周固定，其產(chǎn)生的中心位移變化量較?。欢鴳冶哿宏嚵信帕袝r，相鄰的兩個懸臂梁之間會產(chǎn)生狹縫，該狹縫會導(dǎo)致mems傳感器處于低頻時的響應(yīng)產(chǎn)生較大程度的衰減，也就是常說的漏氣，從而使得mems傳感器的輸出響應(yīng)低，性能較差。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種基于鐃鈸結(jié)構(gòu)的mems傳感器，以避免mems傳感器在低頻下的響應(yīng)衰減，提高了mems傳感器的輸出響應(yīng)，同時將壓電層的橫向位移與上端蓋層和下端蓋層的縱向位移相互轉(zhuǎn)化，增大了mems傳感器的位移變化量，提高了mems傳感器的輸出電壓和靈敏度。

2、本發(fā)明提供了一種基于鐃鈸結(jié)構(gòu)的mems傳感器，mems傳感器包括基底和位于基底一側(cè)的鐃鈸結(jié)構(gòu)，鐃鈸結(jié)構(gòu)包括沿垂直基底一側(cè)表面的方向依次設(shè)置的下端蓋層、下電極層、壓電層、上電極層和上端蓋層；

3、下端蓋層與基底之間形成第一空隙，下端蓋層朝向背離下電極層的方向突出形成第一凸起，第一凸起與下電極層之間形成第二空隙；上端蓋層朝向背離上電極層的方向突出形成第二凸起，第二凸起與上電極層之間形成第三空隙。

4、可選的，上端蓋層和下端蓋層均包括鐃鈸區(qū)，第一凸起和第二凸起均位于鐃鈸區(qū)；

5、第一凸起包括第一頂面和與第一頂面邊緣一體連接的第一斜面，第一頂面與下電極層平行，第一斜面和下電極層之間存在第一夾角a，a＜90°；

6、第二凸起包括第二頂面和與第二頂面邊緣一體連接的第二斜面，第二頂面與上電極層平行，第二斜面和上電極層之間存在第二夾角b，b＜90°。

7、可選的，5°≤a≤45°，5°≤b≤45°。

8、可選的，下端蓋層和上端蓋層還包括平面區(qū)，平面區(qū)圍繞鐃鈸區(qū)；

9、平面區(qū)的上端蓋層與下電極層平行；平面區(qū)的下端蓋層與上電極層平行。

10、可選的，鐃鈸結(jié)構(gòu)在第一方向上的最大長度為d，第一方向為任意經(jīng)過鐃鈸結(jié)構(gòu)的中心且平行基底的表面的方向；壓電層厚度為h；在第一方向上，第一頂面與第二頂面的長度相等，第一頂面或第二頂面的長度為w，平面區(qū)的長度為k；

11、其中，10≤d/h≤20，2≤d/w≤8，10≤d/k≤35。

12、可選的，上端蓋層的厚度為t2，5um≤t2≤100um。

13、可選的，鐃鈸結(jié)構(gòu)還包括密封層；

14、密封層設(shè)置于上端蓋層遠(yuǎn)離基底的一側(cè)表面，且部分覆蓋上端蓋層，以使鐃鈸結(jié)構(gòu)密封。

15、可選的，上端蓋層和下端蓋層的鐃鈸區(qū)在基底所在平面投影的形狀呈正多邊形或圓形。

16、可選的，第一斜面包括多個開孔，開孔與第一空隙連通；和/或，第二斜面包括多個開孔，開孔與第二空隙連通。

17、可選的，開孔的數(shù)量與鐃鈸結(jié)構(gòu)的邊數(shù)相等，多個開孔圍繞第一頂面或第二頂面呈中心對稱。

18、本發(fā)明的技術(shù)方案，通過在基底一側(cè)設(shè)置鐃鈸結(jié)構(gòu)，鐃鈸結(jié)構(gòu)包括沿垂直基底一側(cè)表面的方向依次設(shè)置的下端蓋層、下電極層、壓電層、上電極層和上端蓋層，且基底與下端蓋層之間形成第一空隙，下端蓋層朝向背離下電極層的方向突出形成第一凸起，第一凸起與下電極層之間形成第二空隙；上端蓋層朝向背離上電極層的方向突出形成第二凸起，第二凸起與上電極層之間形成第三空隙。通過上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)作為發(fā)射應(yīng)用時，通過向上電極層和下電極層兩端施加電壓，對應(yīng)的位于上電極層和下電極層之間的壓電層會在橫向方向上發(fā)生一定大小的位移變化，從而產(chǎn)生位移變化量，產(chǎn)生的位移變化量會帶動上端蓋層和下端蓋層在縱向方向上產(chǎn)生一定大小的位移變化，從而將壓電層的橫向位移轉(zhuǎn)換為上端蓋層和下端蓋層的縱向位移，增大了mems傳感器的位移變化量；當(dāng)作為接收應(yīng)用時，聲信號作用在上端蓋層上，引起上端蓋層和下端蓋層產(chǎn)生一定大小的縱向位移，從而實現(xiàn)了將上端蓋層和下端蓋層的縱向位移轉(zhuǎn)化成壓電層的橫向位移，提高了mems傳感器的輸出電壓和靈敏度，且不會降低mems傳感器處于低頻時的輸出響應(yīng)。

19、應(yīng)當(dāng)理解，本部分所描述的內(nèi)容并非旨在標(biāo)識本發(fā)明的實施例的關(guān)鍵或重要特征，也不用于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的其它特征將通過以下的說明書而變得容易理解。

技術(shù)特征：

1.一種基于鐃鈸結(jié)構(gòu)的mems傳感器，其特征在于，所述mems傳感器包括基底和位于所述基底一側(cè)的所述鐃鈸結(jié)構(gòu)，所述鐃鈸結(jié)構(gòu)包括沿垂直所述基底一側(cè)表面的方向依次設(shè)置的下端蓋層、下電極層、壓電層、上電極層和上端蓋層；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的mems傳感器，其特征在于，所述上端蓋層和所述下端蓋層均包括鐃鈸區(qū)，所述第一凸起和所述第二凸起均位于所述鐃鈸區(qū)；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的mems傳感器，其特征在于，5°≤a≤45°，5°≤b≤45°。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的mems傳感器，其特征在于，所述下端蓋層和所述上端蓋層還包括平面區(qū)，所述平面區(qū)圍繞所述鐃鈸區(qū)；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的mems傳感器，其特征在于，所述鐃鈸結(jié)構(gòu)在第一方向上的最大長度為d，所述第一方向為任意經(jīng)過所述鐃鈸結(jié)構(gòu)的中心且平行所述基底的表面的方向；所述壓電層厚度為h；在第一方向上，所述第一頂面與所述第二頂面的長度相等，所述第一頂面或所述第二頂面的長度為w，所述平面區(qū)的長度為k；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的mems傳感器，其特征在于，所述上端蓋層的厚度為t2，5um≤t2≤100um。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的mems傳感器，其特征在于，所述鐃鈸結(jié)構(gòu)還包括密封層；

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的mems傳感器，其特征在于，所述上端蓋層和所述下端蓋層的所述鐃鈸區(qū)在所述基底所在平面投影的形狀呈正多邊形或圓形。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的mems傳感器，其特征在于，所述第一斜面包括多個開孔，所述開孔與所述第一空隙連通；和/或，所述第二斜面包括多個開孔，所述開孔與所述第二空隙連通。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的mems傳感器，其特征在于，所述開孔的數(shù)量與所述鐃鈸結(jié)構(gòu)的邊數(shù)相等，所述多個開孔圍繞所述第一頂面或所述第二頂面呈中心對稱。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于鐃鈸結(jié)構(gòu)的MEMS傳感器，包括基底和位于基底一側(cè)的鐃鈸結(jié)構(gòu)，鐃鈸結(jié)構(gòu)包括沿垂直基底一側(cè)表面的方向依次設(shè)置的下端蓋層、下電極層、壓電層、上電極層和上端蓋層；下端蓋層與基底之間形成第一空隙，下端蓋層朝向背離下電極層的方向突出形成第一凸起，第一凸起與下電極層之間形成第二空隙；上端蓋層朝向背離上電極層的方向突出形成第二凸起，第二凸起與上電極層之間形成第三空隙。利用上述結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了MEMS傳感器的發(fā)射與接收應(yīng)用，將壓電層的橫向位移與上端蓋層和下端蓋層的縱向位移相互轉(zhuǎn)化，增大了MEMS傳感器的位移變化量，避免了MEMS傳感器在低頻下的響應(yīng)衰減，提高了MEMS傳感器的輸出電壓和靈敏度。

技術(shù)研發(fā)人員：孫成亮,楊超翔,劉炎,蔡耀,國世上,孫博文
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢敏聲新技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/4