[發明專利]MEMS器件微流量流速檢測中寄生電容干擾信號的抑制方法

有效

• 申請號: 200810040822.7
• 申請日: 2008-07-22
• 公開（公告）號: CN101329190A
• 公開（公告）日: 2008-12-24
• 發明（設計）人: 李麗偉;朱榮;周兆英;任建興
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: G01F1/56
• 分類號: G01F1/56
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及MEMS器件微流量測量技術領域，更具體的說是涉及一種針對MEMS器件微流量流速檢測中寄生電容干擾信號的抑制方法。

背景技術

MEMS器件是在硅等半導體基底材料上制作而成的微小結構腔體，可形成基于壓電、靜電、磁致伸縮及熱電等效應工作的微傳感器和微驅動器，它兼具信號處理功能、對外部世界的感知功能和作用功能，被廣泛用作壓力傳感器、溫度傳感器、加速度計、微泵、微閥、微開關及藥物微噴等多個領域。隨著MEMS加工中硅-硅或硅-玻璃鍵合工藝的不斷成熟與發展，推動了MEMS器件微結構的研究，即利用上、下腔體鍵合構成微結構，其中上腔膜可形成微驅動結構，下腔體內可具有各種能形成射流的槽道結構，上腔膜的振動迫使微腔內的流體沿下腔槽道流動形成微射流，該微射流的流量及流速可由設置于腔體適當位置的檢測絲如熱敏鉑絲來測量。該類MEMS器件在流量傳感器、加速度計等方面已有應用，它占用面積很小，使用方便，但容易在檢測絲與半導體基底之間形成寄生電容，干擾待測信號的有效輸出，甚至導致檢測失敗。寄生電容的影響隨MEMS微腔體結構中電極之間的窄小化以及應用頻率的高頻化將愈加顯著。為能獲得更為有效、更精確的檢測結果，必須要抑制寄生電容的干擾。MEMS器件流量檢測中寄生電容的產生及影響往往取決于基底及檢測絲的材料以及信號檢測絲的設置位置及設置方式等。目前，有關MEMS微腔體結構流量測量中的寄生電容分析及抑制方法尚未見諸報道。

發明內容

本發明所要解決的技術問題提供一種MEMS器件微流量流速檢測中寄生電容干擾信號的抑制方法。

本發明采用的技術方案：一種針對MEMS器件微流量流速檢測中寄生電容干擾信號的抑制方法，適于兩腔鍵合的壓電驅動硅基微流量傳感結構，通過對所述結構中Si-Pt平行板電容分析及其對交變方波驅動的輸出響應分析，確定寄生電容產生于兩腔鍵合處的上腔基質硅與檢測熱敏鉑絲之間，找出通過壓電驅動電極的適當連接來抑制寄生電容的有效方法，包括下列步驟：

a.基于Si-Pt平行板電容分析寄生電容，其計算式為：

C=ϵ0×ϵr×Sd]]>

式中，ε₀-真空介電常數，

??????ε_r-絕緣層SiO₂的相對介電常數，

??????d-絕緣層SiO₂的厚度，亦即上腔基質硅與熱敏檢測絲間距，

??????S-熱敏鉑絲與下腔硅基質間有效正對面積；

b.基于等效電路、疊加原理及微分電路分析寄生電容對交變方波驅動的輸出響應，寄生電容對交變方波驅動的輸出響應U_out為：

Uout=12×Udrivee-tτ×10-10]]>

式中，U_drive-方波輸入的驅動電壓，

τ-電路時間常數τ，可根據下式計算：