[發(fā)明專利]一種基于隧道磁阻效應(yīng)的MEMS微流速傳感器

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910565537.5
• 申請(qǐng)日: 2019-06-27
• 公開（公告）號(hào): CN110261640A
• 公開（公告）日: 2019-09-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊波;梁卓玥;張婷;王斌龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01P5/08
• 分類號(hào): G01P5/08;B81B3/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

1.一種基于隧道磁阻效應(yīng)的MEMS微流速傳感器，其特征在于，該傳感器包括圓柱型硅毛發(fā)體(2)第一隧道磁阻傳感器(4)、第二隧道磁阻傳感器(5)、絕緣層(6)和底層基座(7)組成；其中，絕緣層(6)位于底層基座(7)的正上方，圓柱型硅毛發(fā)體(2)垂直安裝在絕緣層(6)的中心位置，第一隧道磁阻傳感器(4)和第二隧道磁阻傳感器(5)安裝在絕緣層(6)的兩側(cè)并關(guān)于圓柱型硅毛發(fā)體(2)對(duì)稱分布，圓柱型硅毛發(fā)體(2)的頂部包含刻蝕的電磁激勵(lì)線圈(3)用于產(chǎn)生磁場；當(dāng)沿著水平方向有流速(1)輸入時(shí)，圓柱型硅毛發(fā)體(2)產(chǎn)生偏移，使得第一隧道磁阻傳感器(4)和第二隧道磁阻傳感器(5)周圍的磁場分布失衡，通過對(duì)圓柱型硅毛發(fā)體(2)兩側(cè)第一隧道磁阻傳感器(4)和第二隧道磁阻傳感器(5)輸出電壓的測量以實(shí)現(xiàn)流速信號(hào)的測量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于隧道磁阻效應(yīng)的MEMS微流速傳感器，其特征在于：所述第一隧道磁阻傳感器(4)和第二隧道磁阻傳感器(5)由矩形塊以“蛇形”結(jié)構(gòu)串聯(lián)而成，位于絕緣層(6)左右中心線AB兩側(cè)對(duì)稱分布，且第一隧道磁阻傳感器(4)和第二隧道磁阻傳感器(5)位于絕緣層(6)前后中心線CD上對(duì)稱分布；電磁激勵(lì)線圈(3)由矩形塊以“環(huán)形”結(jié)構(gòu)串聯(lián)而成，位于絕緣層(6)左右中心線AB上，且左右對(duì)稱分布，同時(shí)電磁激勵(lì)線圈(3)位于前后中心線CD上，且前后對(duì)稱分布；第一隧道磁阻傳感器(4)和第二隧道磁阻傳感器(5)位于電磁激勵(lì)線圈(3)的左右兩側(cè)，且第一隧道磁阻傳感器(4)和第二隧道磁阻傳感器(5)距離電磁激勵(lì)線圈(3)左右的距離相等，且對(duì)稱分布。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于隧道磁阻效應(yīng)的MEMS微流速傳感器，其特征在于：所述第一隧道磁阻傳感器(4)和第二隧道磁阻傳感器(5)均由六層結(jié)構(gòu)疊加而成，從上至下分別為頂層電極(8)、自由層(9)、隧道勢(shì)壘層(10)、鐵磁層(11)、反鐵磁層(12)、底層電極(13)；其中，鐵磁層(11)的磁場極化方向(15)由鐵磁層(11)和反鐵磁層(12)的相互作用預(yù)先設(shè)定，自由層(9)的磁場極化方向(14)由外界電磁激勵(lì)線圈(3)產(chǎn)生的磁場決定。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于隧道磁阻效應(yīng)的MEMS微流速傳感器，其特征在于：所述第一隧道磁阻傳感器(4)的兩端電極(16、17)通過電極引線由第一、二電極(22、23)引出，其中第一隧道磁阻傳感器(4)的前端電極(16)與第一電極引線(22)相連接，第一隧道磁阻傳感器(4)的后端電極(17)與第二電極引線(17)相連接；第二隧道磁阻傳感器(5)的兩端電極(18、19)通過電極引線由第三、四電極(24、25)引出，其中第二隧道磁阻傳感器(5)的前端電極(17)與第三電極(24)相連接，第二隧道磁阻傳感器(5)的前端電極(18)與第四電極(25)相連接；電磁激勵(lì)線圈(3)的兩端電極(20、21)通過電極引線又第五、六電極(26、27)引出，其中電磁激勵(lì)線圈(3)的前端電極(20)與第五電極(26)相連接，電磁激勵(lì)線圈(3)的前端電極(21)與第五電極(27)相連接。

5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的一種基于隧道磁阻效應(yīng)的MEMS微流速傳感器的制作方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

(1)對(duì)于上層結(jié)構(gòu)部分，拋光硅片(28)并通過掩膜版在硅片(28)上刻蝕臺(tái)階，然后通過電鍍Cu工藝在硅片(28)非鏤空實(shí)體的頂部電鍍Cu引線生成電磁激勵(lì)線圈(3)；

(2)對(duì)于底層結(jié)構(gòu)部分，首先在玻璃基板(29)刻蝕玻璃凹槽并濺射Au電極(30，301,302)，Au電極(301,302)在Au電極(30)的兩側(cè)并關(guān)于Au電極(30)對(duì)稱分布；其次在Au電極(301，302)的上方沉積復(fù)合層制作隧道磁阻傳感器(4，5)，并在隧道磁阻傳感器(4、5)的正上方濺射Au電極(31)，Au電極(301、31)作為隧道磁阻傳感器(4)的引出電極，Au電極(302、31)作為隧道磁阻傳感器(5)的引出電極；而且玻璃基板(29)作為絕緣層(6)；

(3)在上層硅結(jié)構(gòu)和底層結(jié)構(gòu)加工完成之后，通過玻璃-硅陽極鍵合的工藝在Au電極(30)的正上方實(shí)現(xiàn)上層硅結(jié)構(gòu)和底層結(jié)構(gòu)的鍵合；

(4)通過腐蝕工藝對(duì)硅結(jié)構(gòu)進(jìn)行釋放，去除上層硅結(jié)構(gòu)的鏤空部分，生成圓柱型硅毛發(fā)體(2)，將鍵合后的上下層結(jié)構(gòu)安裝在底層基座(7)上以實(shí)現(xiàn)基于隧道磁阻效應(yīng)的MEMS微流速傳感器的制作。