[發明專利]異型電極微型電場傳感器

有效

• 申請號: 201010504163.5
• 申請日: 2010-09-30
• 公開（公告）號: CN102445604A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 夏善紅;楊鵬飛;彭春榮
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01R29/12
• 分類號: G01R29/12
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及電場傳感器技術領域，尤其是一種異型電極微型電場傳感器。

背景技術

電場傳感器是測量電場強度和電勢的裝置，它廣泛應用于國防、航空航天、氣象探測、電力、地震預報、科學研究以及工業生產等多個領域，具有非常重要的作用。譬如，在氣象領域，借助電場傳感器對地面和空中大氣電場變化的監測，可以獲取準確的氣象信息，從而為導彈、衛星等飛行器發射升空提供安全保障；在工業生產領域，利用靜電場傳感器監測工業環境中的電勢分布和電場分布，有助于我們及時采取有效措施預防事故的發生；通過測量電力系統和電器設備周圍電場，可用于故障監測和診斷等等。此外電場檢測在靜電防護、電磁環境監測、以及科學研究等方面也具有十分重要的應用。

微型電場傳感器是基于微機電系統(MEMS)技術研制的一類電場傳感器，相對于采用傳統機械加工技術制備的電場傳感器，是加工方式的改變。微型電場傳感器具有體積小、成本低、功耗低、易于集成化、易于批量生產等優點，很好地滿足了電場傳感器的發展趨勢和需求，進一步拓寬了其應用領域。

目前國內外報道的微型電場傳感器主要采用表面多晶硅工藝制備，傳感器敏感結構的屏蔽電極位于電場感應電極的上方。其基本原理是通過屏蔽電極的周期振動，使傳感器感應電極上的感應電荷量發生變化，從而達到外電場檢測目的。但受屏蔽電極邊緣效應的影響，終止在傳感器電場感應電極上的電場線較少，電荷感應效率偏低，從而導致傳感器靈敏度難于進一步提高。

發明內容

本發明的目的是提供一種異型電極微型電場傳感器，其屏蔽電極與感應電極位于同一結構層，電極結構異型，充分利用電極周圍等位面畸變，進一步提高了器件的靈敏度，以克服現有微型電場傳感器的不足之處。

為達到所述目的，本發明的技術解決方案是：

一種異型電極微型電場傳感器，包括傳感器敏感單元、驅動電路單元與信號檢測電路單元；其傳感器敏感單元包括：襯底、激勵單元、屏蔽電極、電場感應電極和錨點；

其中，襯底位于傳感器敏感結構中間位置，屏蔽電極和電場感應電極組成的陣列固定在襯底上表面，屏蔽電極和電場感應電極交替排列；

至少兩激勵單元固定在襯底上表面，位于電極陣列周緣，分別對稱布置在襯底的兩側，并分別與屏蔽電極電連接；

多個錨點固定在襯底上表面，位于電極陣列周緣，分別兩兩對稱布置在襯底的另兩側，并分別與電場感應電極電連接；

工作時，至少兩激勵單元分別與驅動電路單元電連接，多個錨點分別與信號檢測電路單元電連接。

所示的傳感器，其襯底上表面有一絕緣隔離層，激勵單元、屏蔽電極、電場感應電極、錨點固定在絕緣隔離層上表面，位于同一結構層。

所示的傳感器，其所述絕緣隔離層，為二氧化硅層。

所述的傳感器，其所述激勵單元，包括激勵電極和支撐梁；激勵電極是靜電梳齒激勵電極、熱激勵電極、電磁激勵電極或壓電激勵電極其中之一，支撐梁是單梁、雙折梁、斜梁、蛇形梁或蟹子形梁其中之一。

所述的傳感器，其所述屏蔽電極和電場感應電極分別包括橫梁和電極結構；其中，電極結構采用結構支撐臂連接電極陣列的方式；

屏蔽電極的橫梁和電場感應電極的橫梁相互平行設置，結構支撐臂分別與橫梁側面垂直固連，電極陣列分別與結構支撐臂側面垂直固連；結構支撐臂相互平行交替設置，電極陣列相互相對交錯設置；

屏蔽電極的橫梁兩端分別與激勵單元電連接。

所述的傳感器，其所述橫梁結構支撐臂，是剖面為矩形、平行四邊形或其它規則或不規則的長條形狀。

所述的傳感器，其所述電極陣列中的電極，其結構形狀是臺階形、梯形、三角形、圓形、半圓形或平行四邊形其中之一，或幾種的組合。

所述的傳感器，其所述電極結構，采用蛇形結構、梯形蛇形結構、臺階型蛇形結構其中之一，或幾種的組合。

所述的傳感器，其所述屏蔽電極和電場感應電極的電極結構相同，或不同，采用相同的電極陣列，或采用不同的電極陣列。

所述的傳感器，其所述屏蔽電極和電場感應電極結構布置方式有混合布置方式、差分布置方式或非差分布置方式。

所述的傳感器，其所述傳感器的工作模式是包括諧振和非諧振的開環模式、恒幅振動模式或閉環自激模式其中之一。

所述的傳感器，其所述屏蔽電極的振動方式是水平周期振動、垂直周期振動或周期性扭動其中之一。