[發(fā)明專利]一種溫度傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010980151.3
• 申請(qǐng)日: 2020-09-17
• 公開（公告）號(hào): CN112097936B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓磊;吳承根
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01K5/72
• 分類號(hào): G01K5/72;G01K5/68
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 吳旭

本發(fā)明公開了一種溫度傳感器，包括基板、兩個(gè)熱驅(qū)動(dòng)V形梁結(jié)構(gòu)、框架形機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)、應(yīng)變敏感薄膜。兩個(gè)熱驅(qū)動(dòng)V形梁結(jié)構(gòu)分別位于框架形機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)的兩側(cè)。應(yīng)變敏感薄膜位于框架形機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)的中心位置。當(dāng)周圍環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，懸空熱驅(qū)動(dòng)V型梁受到溫度的影響發(fā)生膨脹或收縮，驅(qū)動(dòng)剛性絕緣連接線帶動(dòng)框架形機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)產(chǎn)生多方向的擴(kuò)張或收縮，機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)的擴(kuò)張或收縮通過剛性絕緣連接線傳遞到應(yīng)變敏感薄膜，應(yīng)變敏感薄膜將多方向應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電阻值的變化，通過檢測(cè)電阻變化實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境溫度的測(cè)量，器件的檢測(cè)靈敏度因此獲得了較大的提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種溫度傳感器，屬于微電子器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

溫度傳感器是一種將周圍環(huán)境溫度變化轉(zhuǎn)換為電學(xué)量變化的傳感器，按照制造材料及敏感原理可分為熱電阻溫度傳感器與熱電偶溫度傳感器。熱電偶溫度傳感器響應(yīng)速度快，可測(cè)量快速變化的溫度但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，而熱電阻溫度傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、檢測(cè)方便，是目前應(yīng)用最為廣泛的溫度檢測(cè)方式。隨著微電子技術(shù)和集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，溫度傳感器趨向于微型化和集成化。微溫度傳感器是MEMS工藝制造的新型溫度傳感器，與傳統(tǒng)溫度傳感器相比，微溫度傳感器具有體積小、易集成、功耗低、成本低等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也是信息化社會(huì)實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)必不可缺的關(guān)鍵組成。在這樣的發(fā)展前景下，開展溫度傳感器產(chǎn)業(yè)化方面的工作是非常有意義的。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，提出一種基于機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)的溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)高靈敏度、低誤差和低功耗，并且能夠?qū)鹘y(tǒng)MEMS工藝融入制造過程。

技術(shù)方案：一種溫度傳感器，包括基板、兩個(gè)熱驅(qū)動(dòng)V形梁結(jié)構(gòu)，框架形機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)、應(yīng)變敏感薄膜；所述基板上設(shè)有若干錨點(diǎn)，兩個(gè)熱驅(qū)動(dòng)V形梁結(jié)構(gòu)分別位于框架形機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，并左右對(duì)稱設(shè)置；所述熱驅(qū)動(dòng)V形梁結(jié)構(gòu)包括一對(duì)呈V型設(shè)置的條形梁以及位于條形梁之間的條形連接塊，條形梁的一端與所述條形連接塊固定連接，條形梁的另一端與基板上的錨點(diǎn)固定連接；兩個(gè)所述條形連接塊的一端分別通過一根第一絕緣剛性連接線連接到所述框架形機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)上；應(yīng)變敏感薄膜位于所述框架形機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)的中心位置，通過上下對(duì)稱的兩根電連接線將所述應(yīng)變敏感薄膜的邊緣與基板上的錨點(diǎn)固定連接，并通過位于四角的四根第二絕緣剛性連接線連接到所述框架形機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)上。

進(jìn)一步的，所述框架形機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)包括左右對(duì)稱的兩個(gè)口字形框架以及上下對(duì)稱的兩個(gè)半口字形框架構(gòu)成；所述兩個(gè)半口字形框的左右相對(duì)側(cè)邊向內(nèi)側(cè)彎折，側(cè)邊的端點(diǎn)分別與左右對(duì)稱的所述兩個(gè)口字形框架的內(nèi)側(cè)頂角連接；所述口字形框架的左右相對(duì)側(cè)邊向內(nèi)側(cè)呈V形內(nèi)凹，所述條形連接塊通過所述第一絕緣剛性連接線與所述框架形機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)即所述口字形框架外側(cè)邊的中點(diǎn)，所述應(yīng)變敏感薄膜四角連接的所述第二絕緣剛性連接線與所述框架形機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)即位于構(gòu)成所述口字形框架內(nèi)側(cè)邊的上下兩段上。

有益效果：本發(fā)明的一種溫度傳感器，利用機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)將溫度變化產(chǎn)生的單方向應(yīng)變轉(zhuǎn)化為應(yīng)變敏感薄膜的多方向應(yīng)變。當(dāng)周圍環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，固定于錨點(diǎn)的懸空熱驅(qū)動(dòng)V型梁受到溫度的影響發(fā)生膨脹或收縮，驅(qū)動(dòng)剛性絕緣連接線帶動(dòng)框架形機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)產(chǎn)生多方向的擴(kuò)張或收縮，機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)的擴(kuò)張或收縮通過剛性絕緣連接線傳遞到應(yīng)變敏感薄膜，應(yīng)變敏感薄膜將多方向應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電阻值的變化，通過檢測(cè)電阻變化實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境溫度的測(cè)量。本發(fā)明利用機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)作為應(yīng)變的放大裝置，將懸空熱驅(qū)動(dòng)V形梁在單個(gè)方向上的熱應(yīng)變轉(zhuǎn)化為應(yīng)變敏感薄膜多個(gè)方向上的應(yīng)變，器件的檢測(cè)靈敏度因此獲得了較大的提升。

同時(shí)，本發(fā)明具有機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)的溫度傳感器還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且能夠?qū)鹘y(tǒng)MEMS工藝融入制造過程，結(jié)構(gòu)尺寸的精度可以達(dá)到較高水平，體積大幅縮小，有利于實(shí)現(xiàn)傳感器的小型化，解決在材料、工藝、可靠性、可重復(fù)性和生產(chǎn)成本等諸多方面的問題，從而為實(shí)現(xiàn)基于機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)的溫度傳感器在集成電路中的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了支持和保證。

附圖說明

圖1是本發(fā)明溫度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1沿A-A′的剖面圖。