在(100)單硅片上制作寬頻帶高量程加速度傳感器的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種在（100）單硅片上制作寬頻帶高量程加速度傳感器的方法，所制作的寬頻帶高量程加速度傳感器由四個縱截面為五邊形規(guī)則的作為壓阻敏感電阻的微梁以及一塊彈性板構(gòu)成，工作時微梁僅沿硅<110>晶向產(chǎn)生直拉或直壓的應(yīng)變，使得傳感器具有高的靈敏度和較高的一階振動頻率，拓寬了工作頻率帶寬，保證傳感器在高沖擊響應(yīng)過程中能夠測量到較寬范圍的頻率信號，確保測量信號準確不失真；微梁由各向異性腐蝕溶液KOH溶液腐蝕，由硅（111）晶面作為腐蝕終止面，自動終止所述微梁的腐蝕，整個過程容易控制，可以精確控制微梁的尺寸，成品率大大提高，適于批量生產(chǎn)；傳感器的體積較小，抗沖擊能力比較大，有益于生產(chǎn)成本的降低。
【專利說明】在（100)單硅片上制作寬頻帶高量程加速度傳感器的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于硅微機械傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種寬頻帶高靈敏度的高量程加速度 傳感器及其制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 高量程的加速度傳感器在許多領(lǐng)域中都有著非常重要的應(yīng)用價值，最典型的應(yīng)用 是在工程沖擊實驗、侵徹型撞擊測量、爆炸實驗等，在民用和軍事兩方面都有迫切需求。
[0003] 高量程傳感器在實際應(yīng)用環(huán)境中，需要傳感器具有快速響應(yīng)，并且要求有較寬的 測量頻率帶寬，保證測量的高頻信號不失真，因此要求傳感器具有高的靈敏度和較寬的工 作頻率帶寬。目前量程在10萬g的高量程加速度傳感器的種類已有一些研究報道，如，一 種壓阻檢測的帶曲面保護的懸臂梁結(jié)構(gòu)的高量程加速度傳感器已在實際應(yīng)用（具體可見 文獻：Journal of Micromechanics and Microengineening. Vol. 12, 2002:742-746.)，其具 有較高的靈敏度，但其一階共振頻率僅為81KHz，容易激發(fā)共振，導(dǎo)致信號提取有一定的難 度，高頻信號也有可能被丟失。一般傳感器的諧振頻率與其靈敏度的乘積為一常數(shù)，要想同 時獲得較高的靈敏度和諧振頻率是很困難的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種寬頻帶高量程加速度 傳感器及其制作方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的的高量程加速度傳感器的工作頻率帶寬較 窄，靈敏度不高的問題。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種寬頻帶高量程加速度傳感器， 所述寬頻帶高量程加速度傳感器包括：支撐框，設(shè)置在所述加速度傳感器中，且框體呈矩形 結(jié)構(gòu)；彈性板，順應(yīng)所述框體呈矩形立方結(jié)構(gòu)并設(shè)置于所述框體中；所述彈性板兩個相對 的側(cè)面固支于所述支撐框的內(nèi)側(cè)，另兩個相對的側(cè)面與所述框體具有一定的間隙；多個微 梁，對稱地分布于所述彈性板非固支的兩側(cè)，且位于所述彈性板同一側(cè)的微梁相互平行；所 述微梁的一端與所述彈性板相連接，另一端與所述支撐框相連接；所述微梁縱截面的形狀 為五邊形；所述微梁為用作壓阻敏感電阻的微梁，各壓阻敏感電阻之間相互連接成惠斯通 全橋電路。
[0006] 優(yōu)選地，所述彈性板非固支的兩側(cè)各分布一對平行的微梁。
[0007] 優(yōu)選地，所述微梁以所述彈性板的中心呈中心對稱分布。
[0008] 優(yōu)選地，所述微梁的厚度與寬度之比大于

【權(quán)利要求】
1. 一種寬頻帶高量程加速度傳感器，其特征在于，所述寬頻帶高量程加速度傳感器包 括： 支撐框，設(shè)置在所述加速度傳感器中，且框體呈矩形結(jié)構(gòu)； 彈性板，順應(yīng)所述框體呈矩形立方結(jié)構(gòu)并設(shè)置于所述框體中；所述彈性板兩個相對的 側(cè)面固支于所述支撐框的內(nèi)側(cè)，另兩個相對的側(cè)面與所述框體具有一定的間隙； 多個微梁，對稱地分布于所述彈性板非固支的兩側(cè)，且位于所述彈性板同一側(cè)的微梁 相互平行；所述微梁的一端與所述彈性板相連接，另一端與所述支撐框相連接；所述微梁 縱截面的形狀為五邊形；所述微梁為用作壓阻敏感電阻的微梁，各壓阻敏感電阻之間相互 連接成惠斯通全橋電路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶高量程加速度傳感器，其特征在于：所述彈性板非固 支的兩側(cè)各分布一對平行的微梁。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶高量程加速度傳感器，其特征在于：所述微梁以所述 彈性板的中心呈中心對稱分布。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶高量程加速度傳感器，其特征在于：所述微梁的厚度 與寬度之比大于萬/2。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻帶高量程加速度傳感器，其特征在于：所述支撐框的上 表面、所述微梁的上表面與所述彈性板的上表面位于同一平面；所述支撐框的下表面與所 述彈性板的下表面位于同一平面。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的寬頻帶高量程加速度傳感器，其特征在于：所 述支撐框的上、下表面、所述微梁的上表面和所述彈性板的上、下表面分別為硅（100)晶 面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的寬頻帶高量程加速度傳感器，其特征在于：所述微梁的五個 表面包括一個娃（100)晶面、兩個與所述娃（100)晶面相連接的娃（110)晶面和兩個位于 所述兩硅（110)晶面之間的硅（111)晶面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的寬頻帶高量程加速度傳感器，其特征在于：所述微梁的長度 方向均為硅〈11〇>晶向。
9. 一種在（100)單硅片上制作寬頻帶高量程加速度傳感器的方法，其特征在于：包括 以下步驟： 1) 提供一硅（100)晶面的硅片，在所述硅片上形成具有壓阻效應(yīng)的壓阻敏感電阻的硼 離子注入?yún)^(qū)域； 2) 利用自對準工藝在所述硅片上形成彈性板圖形，在所述離子注入?yún)^(qū)域內(nèi)形成微梁圖 形； 3) 刻蝕所述微梁圖形，并利用深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)形成所述微梁的厚度，同時形成所 述微梁和彈性板的雛形； 4) 對所述硅片進行熱氧化，以激活所述壓阻敏感電阻，并在步驟3)刻蝕后形成的各結(jié) 構(gòu)雛形的表面及側(cè)面形成二氧化硅保護層； 5) 去除所述彈性板兩側(cè)的二氧化硅保護層，以形成彈性板的刻蝕窗口； 6) 利用深反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕出所述彈性板； 7) 利用各向異性腐蝕溶液對所述硅片進行腐蝕，直至在所述微梁下表面形成兩個腐蝕 終止面硅（111)晶面，形成縱截面為五邊形的所述微梁； 8) 在所述硅片的歐姆接觸區(qū)刻蝕出歐姆接觸孔； 9) 在所述硅片表面淀積薄膜鋁并形成引線和焊盤。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的寬頻帶高量程加速度傳感器，其特征在于：所述微梁的五個 表面包括一個娃（100)晶面、兩個與所述娃（100)晶面相連接的娃（110)晶面和兩個位于 所述兩硅（110)晶面之間的硅（111)晶面,其中，所述硅（111)晶面作為腐蝕終止面。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的寬頻帶高量程加速度傳感器的使用方法，其特征在于：所述 微梁的長度方向與所述硅片的硅〈11〇>晶向一致。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的寬頻帶高量程加速度傳感器的使用方法，其特征在于：所述 壓阻敏感電阻的方塊阻值為80Q?95Q/ 口。
【文檔編號】G01P15/12GK104267215SQ201410562370
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】張鯤, 李昕欣, 鮑海飛, 宋朝輝 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所