[發(fā)明專利]一種仿生微懸臂梁結(jié)構(gòu)、其制造方法及壓阻傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811643516.2
• 申請(qǐng)日: 2018-12-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109696185B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓志武;趙宇鋒;侯濤;劉富;劉云;王躍橋;宋陽(yáng);游子躍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01D5/16
• 分類(lèi)號(hào): G01D5/16
• 代理公司: 深圳市君勝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文

本發(fā)明提供了一種仿生微懸臂梁結(jié)構(gòu)、其制造方法及壓阻傳感器，所述微懸臂結(jié)構(gòu)包括：呈懸臂梁結(jié)構(gòu)的硅襯底、設(shè)置在所述硅襯底中的仿生孔縫組，以及設(shè)置在所述硅襯底上表面的梁上壓敏電阻、襯底壓敏電阻和電極引線；兩個(gè)所述仿生孔縫組呈對(duì)稱排列在所述硅襯底中心軸左右兩側(cè)；所述仿生孔縫組包括至少一條仿生縫；仿生縫為基于蝎子縫感受器仿生而成；所述梁上壓敏電阻與襯底壓敏電阻之間通過(guò)電極引線構(gòu)成惠斯通電橋。本發(fā)明基于彼得異蝎跗骨關(guān)節(jié)處縫感受器應(yīng)力放大的機(jī)理，同時(shí)應(yīng)用微納制造技術(shù)設(shè)計(jì)出一種超敏感知微信息的微懸臂梁結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供的微懸臂梁結(jié)構(gòu)具有靈敏度高、檢測(cè)精度高、易于批量生產(chǎn)等特征。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及的是一種仿生微懸臂梁結(jié)構(gòu)、其制造方法及壓阻傳感器。

背景技術(shù)

近年來(lái)，基于微懸臂梁結(jié)構(gòu)的傳感器已經(jīng)成為微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。含有微懸臂梁結(jié)構(gòu)的傳感器具有結(jié)構(gòu)輕巧，傳感靈敏，分辨率高等特性，在加速度檢測(cè)，質(zhì)量檢測(cè)，生化成分分析等方面具有廣泛的應(yīng)用。微懸臂梁結(jié)構(gòu)作用機(jī)理是懸臂梁在外力作用下產(chǎn)生形變，形變量乘以懸臂梁法向彈性系數(shù)，從而得到懸臂梁所受外力大小。

檢測(cè)懸臂梁變形的電學(xué)方式有壓電式、電容式和壓阻式。其中壓阻式通過(guò)在懸臂梁上設(shè)置對(duì)形變敏感的壓敏電阻，當(dāng)懸臂梁受力產(chǎn)生形變時(shí)，會(huì)導(dǎo)致梁上壓敏電阻阻值產(chǎn)生變化，通過(guò)電橋的放大作用，將懸臂梁形變導(dǎo)致的電壓變化放大，通過(guò)計(jì)算得到懸臂梁受力值。

微懸臂梁檢測(cè)靈敏度取決于懸臂梁的幾何尺寸，檢測(cè)的帶寬主要取決于懸臂梁結(jié)構(gòu)的第一階固有頻率。靈敏度和帶寬往往是一對(duì)矛盾的量，若從幾何尺寸出發(fā)，比如增加懸臂梁的長(zhǎng)度或者減小懸臂梁的厚度，則會(huì)提高懸臂梁的靈敏度，但是懸臂梁檢測(cè)的帶寬會(huì)隨之減小。因此，采用傳統(tǒng)提高懸臂梁檢測(cè)靈敏度的方法不能保持懸臂梁足夠的檢測(cè)帶寬。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于進(jìn)一步的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于為用戶提供一種仿生微懸臂梁結(jié)構(gòu)、其制造方法及壓阻傳感器，克服現(xiàn)有技術(shù)中微懸臂梁的檢測(cè)靈敏度隨著懸臂梁長(zhǎng)度的增加或厚度的減小而增加，但檢測(cè)帶寬隨著懸臂梁長(zhǎng)度的增加或厚度的減小而減小的缺陷。

本發(fā)明提供的第一實(shí)施例為一種仿生微懸臂梁結(jié)構(gòu)，包括：呈懸臂梁結(jié)構(gòu)的硅襯底、設(shè)置在所述硅襯底中的兩個(gè)仿生孔縫組，以及設(shè)置在所述硅襯底上表面的梁上壓敏電阻、襯底壓敏電阻和電極引線；

兩個(gè)所述仿生孔縫組呈對(duì)稱排列在所述硅襯底中心軸左右兩側(cè)；各個(gè)所述仿生孔縫組內(nèi)包括：至少一條仿生縫；

所述仿生縫為基于蝎子縫感受器仿生而成；

所述梁上壓敏電阻與襯底壓敏電阻之間通過(guò)電極引線構(gòu)成惠斯通電橋。

可選的，所述仿生孔縫組內(nèi)的每一條仿生縫設(shè)置為貫穿所述硅襯底。

可選的，兩個(gè)所述梁上壓敏電阻呈U型分別對(duì)應(yīng)包圍兩個(gè)所述仿生孔縫組。

可選的，每條所述仿生縫的兩側(cè)尖端按照蝎子縫感受器內(nèi)仿生縫的外形特征設(shè)計(jì)為半圓形。

可選的，所述呈懸臂梁結(jié)構(gòu)的硅襯底為T(mén)型結(jié)構(gòu)；所述襯底壓敏電阻和電極引線布局在所述T型結(jié)構(gòu)上端的硅襯底表面上，所述梁上壓敏電阻與所述仿生孔縫組均布局在所述T型結(jié)構(gòu)下端的硅襯底表面上。

可選的，所述仿生縫長(zhǎng)10~200微米，仿生縫的長(zhǎng)寬比值為4~20，仿生縫之間的距離為5~100微米。

可選的，各個(gè)仿生縫之間相互平行排列。

可選的，各個(gè)所述仿生縫長(zhǎng)度、長(zhǎng)寬比以及仿生縫之間的距離均不相同。

本發(fā)明提供的第二實(shí)施例為一種仿生微懸臂梁結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，包括：

采用硅片作為襯底，在硅片表面氧化出一層二氧化硅絕緣層；