[發(fā)明專利]一種用于強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量的梳齒狀微傳感器及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710408515.9
• 申請(qǐng)日: 2017-06-02
• 公開（公告）號(hào): CN107290693B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許高斌;王月媖;陳興;馬淵明;李坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R33/02
• 分類號(hào): G01R33/02;B81B7/00;B81B5/00;B81C1/00
• 代理公司: 合肥金安專利事務(wù)所(普通合伙企業(yè)) 34114
• 代理人: 金惠貞

本發(fā)明涉及一種用于強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量的梳齒狀微傳感器。包括依次連接的基底、傳感器本體和封蓋，其中傳感器本體分為主體、一對(duì)測(cè)量電極體和一對(duì)驅(qū)動(dòng)電極體三部分，一對(duì)測(cè)量電極體位于主體X方向的兩側(cè)，一對(duì)驅(qū)動(dòng)電極體在主體Y方向兩側(cè)，且分別與主體對(duì)稱呈齒狀交錯(cuò)配合結(jié)構(gòu)，最后基底、傳感器本體和封蓋通過(guò)鍵合形成內(nèi)部真空的梳齒狀微傳感器。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了托卡馬克的強(qiáng)磁環(huán)境下的豎直z方向的磁場(chǎng)大小的測(cè)量，通入交流信號(hào)的金屬線圈在磁場(chǎng)下受到洛倫茲力作用，帶動(dòng)主體有往受力方向運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，再是驅(qū)動(dòng)電極體上的梳齒上產(chǎn)生的靜電力的復(fù)合作用下，使主體以某一頻率機(jī)械振動(dòng)，引起電容變化，進(jìn)而推算出所測(cè)量的磁場(chǎng)大小。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于豎直方向強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量的梳齒狀微傳感器（MEMS）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其制備工藝。

背景技術(shù)

隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和世界人口的增加，人類對(duì)能源的需求也越來(lái)越大，聚變能源的開發(fā)和利用是最有希望從根本上解決人類能源問題的方法，其中基于托卡馬克裝置的磁約束聚變研究是目前最有可能實(shí)現(xiàn)聚變能應(yīng)用的途徑之一，托卡馬克裝置實(shí)際上就是一個(gè)復(fù)雜的高溫強(qiáng)輻射電磁系統(tǒng)，它利用多種磁體線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)編織成一個(gè)“磁籠”，利用帶電粒子在磁場(chǎng)中做拉莫運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，將高溫等離子體約束在“磁籠”中，并附加各類輔助加熱手段，使等離子體加熱到一定溫度，發(fā)生聚變反應(yīng)。在托卡馬克之中，磁場(chǎng)的來(lái)源主要有約束磁場(chǎng)和等離子電流形成的感生磁場(chǎng)，而感生磁場(chǎng)會(huì)隨著電流的變化而變化，對(duì)其內(nèi)部等離子體產(chǎn)生的感生磁場(chǎng)大小、位置、形狀的精確測(cè)量和控制是個(gè)極大的挑戰(zhàn)。

磁場(chǎng)傳感器是可以將各種磁場(chǎng)及其變化的量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出的裝置。自然界和人類社會(huì)生活的許多地方都存在磁場(chǎng)或與磁場(chǎng)相關(guān)的信息。利用人工設(shè)置的永久磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)，可作為許多種信息的載體。因此，探測(cè)、采集、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換、復(fù)現(xiàn)和監(jiān)控各種磁場(chǎng)和磁場(chǎng)中承載的各種信息的任務(wù)，自然就落在磁場(chǎng)傳感器身上。在當(dāng)今的信息社會(huì)中，磁場(chǎng)傳感器已成為信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)不可缺少的基礎(chǔ)原件。目前，人們已研制出利用各種物理、化學(xué)和生物效應(yīng)的磁傳感器，并已在科研、生產(chǎn)和社會(huì)生活的各個(gè)方面得到廣泛應(yīng)用，承擔(dān)起探究種種信息的任務(wù)。

目前國(guó)內(nèi)外用于特斯拉量級(jí)的穩(wěn)定強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量的傳感器極少。

曾惠等人針對(duì)腫瘤熱療發(fā)生裝置中產(chǎn)生的中頻強(qiáng)磁場(chǎng)設(shè)計(jì)了一種三維傳感器。這種傳感器可測(cè)量空間三坐標(biāo)磁場(chǎng)分量，合成磁場(chǎng)矢量。但這里所述的強(qiáng)磁場(chǎng)也只能達(dá)到300高斯，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足托卡馬克內(nèi)部強(qiáng)磁要求。

Elina Kuisma等人研究設(shè)計(jì)了一種傳感器，其靈敏度、分辨率都較高，且測(cè)量磁場(chǎng)能達(dá)到10特斯拉。但其溫度依賴性較大，耐輻射性較差，輻射后會(huì)導(dǎo)致該傳感器的品質(zhì)因數(shù)降低，不適合托克馬克內(nèi)部高溫、強(qiáng)輻射的環(huán)境。

本發(fā)明主要就是針對(duì)托卡馬克復(fù)雜的內(nèi)部環(huán)境設(shè)計(jì)的。既能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)磁場(chǎng)的測(cè)量，也能克服托卡馬克內(nèi)部惡劣的環(huán)境干擾。

發(fā)明內(nèi)容

為了實(shí)現(xiàn)托卡馬克的強(qiáng)磁場(chǎng)下的豎直磁場(chǎng)的測(cè)量，本發(fā)明提供一種用于強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量的梳齒狀微傳感器結(jié)構(gòu)。

一種用于強(qiáng)磁場(chǎng)測(cè)量的梳齒狀微傳感器包括依次連接的基底、傳感器本體和封蓋；

所述基底為500um厚的單面拋光晶片1，在拋光了的一側(cè)上設(shè)有1um 深的腔體，在設(shè)有腔體的拋光了的整個(gè)表面設(shè)有第一氧化硅層2；

所述傳感器本體為SOI晶片，分為主體區(qū)域、一對(duì)測(cè)量電極體區(qū)域和一對(duì)驅(qū)動(dòng)電極體區(qū)域，一對(duì)測(cè)量電極體位于主體的X方向的兩側(cè)，一對(duì)驅(qū)動(dòng)電極體位于主體的Y方向的兩側(cè)；一對(duì)測(cè)量電極體和主體之間為齒狀交錯(cuò)結(jié)構(gòu)配合結(jié)構(gòu)，一對(duì)驅(qū)動(dòng)電極體和主體之間為齒狀交錯(cuò)配合結(jié)構(gòu)；