一種電容式溫度傳感器的制造方法
【專利摘要】一種電容式溫度傳感器，該傳感器包括襯底（1）、感溫介質(zhì)（2）、鈍化層（3）、中間叉指電極（1-3）、邊叉指電極（1-2）構(gòu)成的檢測(cè)電容；所述的檢測(cè)電容具有高深寬比的叉指結(jié)構(gòu)，其中，襯底（1）位于檢測(cè)電容的底部，起基座作用，中間叉指電極（1-3）與襯底之間設(shè)有感溫介質(zhì)（2），邊叉指電極（1-2）處于所述檢測(cè)電容的外部的四周，在中間叉指電極（1-3）的周邊、邊叉指電極（1-2）的內(nèi)表面上表面設(shè)有鈍化層（3）；感溫介質(zhì)（2）處于中間叉指電極（1-3）之間、邊叉指電極（1-2）與中間叉指電極（1-3）之間、以及中間叉指電極（1-3）與襯底（1）之間的空腔（4）之中。該電容式溫度傳感器具有靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，感溫結(jié)構(gòu)新穎等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種電容式溫度傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于體娃工藝的MEMS (微電子機(jī)械系統(tǒng))電容式溫度傳感器,尤其是一種利用感溫介質(zhì)體積和感溫介質(zhì)介電常數(shù)的雙重變化感測(cè)溫度的新型叉指結(jié)構(gòu)電容式溫度傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用廣泛的一類傳感器。從17世紀(jì)初人們就已經(jīng)開始對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量。在半導(dǎo)體技術(shù)的支持下，本世紀(jì)相繼開發(fā)了半導(dǎo)體熱電偶傳感器、PN結(jié)溫度傳感器和集成溫度傳感器。與之相應(yīng)，根據(jù)波與物質(zhì)的相互作用規(guī)律，相繼開發(fā)了聲學(xué)溫度傳感器、紅外傳感器和微波傳感器。隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，一些采用MEMS技術(shù)的微溫度傳感器也不斷被提出。
[0003]溫度傳感器的種類繁多，其中多種傳統(tǒng)溫度傳感器難與IC工藝兼容。無論是電阻式溫度傳感器還是基于硅基集成溫度傳感器，其自加熱效應(yīng)常會(huì)影響測(cè)量精度。通常常規(guī)溫度傳感器的原理可移植到MEMS領(lǐng)域，已出現(xiàn)的MEMS溫度傳感器與傳統(tǒng)傳感器相比，具有體積小、重量輕的特點(diǎn)。而電容式傳感器具有靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間短、熱損耗極小等特點(diǎn)?，F(xiàn)存的較常見的電容式溫度傳感器是基于雙金屬效應(yīng)的雙層懸臂梁結(jié)構(gòu)的電容式溫度傳感器，這種溫度傳感器輸出電容與溫度之間的非線性比較大。加工工藝比較復(fù)雜，不但需要表面釋放工藝，更需要硅與玻璃的鍵合工藝，傳感器的成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中電容式傳感器輸出電容與溫度之間的非線性比較大。加工工藝比較復(fù)雜，不但需要表面釋放工藝，更需要硅與玻璃的鍵合工藝，傳感器的成本較高的問題，提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，敏感電容大的新型電容式溫度傳感器。它具有靈敏度高，響應(yīng)較快，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明的電容式溫度傳感器包括襯底、感溫介質(zhì)、鈍化層、中間叉指電極、邊叉指電極構(gòu)成的檢測(cè)電容；所述的檢測(cè)電容具有高深寬比的叉指結(jié)構(gòu)，其中，襯底位于檢測(cè)電容的底部，起基座作用，中間叉指電極與襯底之間設(shè)有感溫介質(zhì)，邊叉指電極處于所述檢測(cè)電容的外部的四周，在中間叉指電極的周邊、邊叉指電極的內(nèi)表面上表面設(shè)有鈍化層；感溫介質(zhì)處于中間叉指電極之間、邊叉指電極與中間叉指電極之間、以及中間叉指電極與襯底之間的空腔之中。
[0006]所述感溫介質(zhì)為體膨脹系數(shù)大且介電常數(shù)隨溫度變化大的液體介質(zhì)。
[0007]所述鈍化層為二氧化硅。所述中間叉指電極、邊叉指電極之間的電容等效為以空氣為介質(zhì)的電容和以感溫介質(zhì)為介質(zhì)的電容，兩個(gè)電容的并聯(lián)。所述襯底為玻璃。
[0008]本發(fā)明的一種電容式溫度傳感器，其工作原理為:當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，感溫介質(zhì)的體積會(huì)發(fā)生變化，因此在兩個(gè)檢測(cè)電極之間的感溫介質(zhì)體積會(huì)發(fā)生變化，且其介電常數(shù)也會(huì)隨溫度發(fā)生變化，進(jìn)而引起檢測(cè)電容值發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量功能。[0009]叉指電極之間的電容等效為以空氣為介質(zhì)的電容和以感溫介質(zhì)為介質(zhì)的電容，兩個(gè)電容的并聯(lián)。
[0010]有益效果:作為對(duì)本發(fā)明所述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，叉指電極為體硅工藝加工的具有高深寬比的叉指結(jié)構(gòu)。綜合其材料的加工成本、制作工藝的實(shí)現(xiàn)方式以及敏感電容的大小來說，體加工工藝加工的叉指電極具有成本低、制作工藝簡(jiǎn)單、敏感電容大的優(yōu)點(diǎn)。
[0011]作為對(duì)本發(fā)明所述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，襯底使用玻璃材質(zhì)，通過鍵合工藝與低阻硅形成結(jié)構(gòu)。綜合所選材料的成本，制作工藝以及材料性能來說，選用玻璃襯底可以減少寄生電容，硅-玻璃鍵合工藝成熟的優(yōu)點(diǎn)。
[0012]作為對(duì)本發(fā)明所述技術(shù)方案的一種改進(jìn)，叉指結(jié)構(gòu)與玻璃襯底之間有較大體積的液體腔。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的俯視圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的截面圖。
[0015]圖中有:襯底1，邊叉指電極1-2，中間叉指電極1-3，空氣間隙1-4，感溫介質(zhì)2，鈍化層3，空腔4。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0017]本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例如下:
[0018]如圖2所示，本實(shí)施例所述電容式溫度傳感器包括呈叉指結(jié)構(gòu)的檢測(cè)電容，該檢測(cè)電容由覆蓋有鈍化層的邊叉指電極1-2、覆蓋有鈍化層的中間叉指電極1-3，感溫介質(zhì)2處于邊叉指電極1-2與中間叉指電極1-3以及電極與襯底I之間的空腔4之中。
[0019]在本實(shí)施例中，襯底I選用玻璃襯底，感溫介質(zhì)2為不易揮發(fā)的硅油，鈍化層3為二氧化硅，邊叉指電極1-2、中間叉指電極1-3都為低阻硅。
[0020]如圖2所示，本實(shí)施例所述電容式溫度傳感器的制作過程如下:首先，選用低阻硅作為初始材料，對(duì)其背面進(jìn)行光刻工藝和濕法腐蝕工藝，形成背面的空氣腔2 ;進(jìn)行硅片和玻璃襯底I鍵合，形成帶有底座的空腔結(jié)構(gòu)；對(duì)硅片正面進(jìn)行光刻和深反應(yīng)離子刻蝕工藝，形成具有高深寬比的叉指電容結(jié)構(gòu)，即形成邊叉指電極1-2、中間叉指電極1-3 ;對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行氧化處理，形成鈍化層3 ;最后注入感溫介質(zhì)2即可。
[0021]在本實(shí)施例中，正負(fù)電極、鈍化層以及感溫介質(zhì)層構(gòu)成叉指結(jié)構(gòu)狀的檢測(cè)電容，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，感溫介質(zhì)會(huì)隨溫度變化而體積發(fā)生變化，引起電容之間的介質(zhì)組成發(fā)生改變，進(jìn)而引起電容大小發(fā)生變化。
[0022]應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電容式溫度傳感器，其特征在于，該傳感器包括襯底(I)、感溫介質(zhì)(2)、鈍化層(3)、中間叉指電極(1-3)、邊叉指電極(1-2)構(gòu)成的檢測(cè)電容；所述的檢測(cè)電容具有高深寬比的叉指結(jié)構(gòu)，其中，襯底(I)位于檢測(cè)電容的底部，起基座作用，中間叉指電極(1-3 )與襯底之間設(shè)有感溫介質(zhì)(2)，邊叉指電極(1-2)處于所述檢測(cè)電容的外部的四周，在中間叉指電極(1-3)的周邊、邊叉指電極(1-2)的內(nèi)表面上表面設(shè)有鈍化層(3);感溫介質(zhì)(2)處于中間叉指電極(1-3)之間、邊叉指電極(1-2)與中間叉指電極(1-3)之間、以及中間叉指電極(1-3)與襯底(I)之間的空腔(4)之中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電容式溫度傳感器，其特征在于，所述鈍化層(3)為二氧化硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電容式溫度傳感器，其特征在于，所述中間叉指電極(1-3)、邊叉指電極(1-2)之間的電容等效為以空氣為介質(zhì)的電容和以感溫介質(zhì)為介質(zhì)的電容，兩個(gè)電容的并聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電容式溫度傳感器，其特征在于，所述襯底(I)為玻璃。
【文檔編號(hào)】G01K7/34GK103471740SQ201310462930
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】任青穎, 王立峰, 黃見秋, 黃慶安 申請(qǐng)人:東南大學(xué)