[發明專利]氮化鋁壓電MEMS諧振式壓力傳感器

在審

• 申請號: 202110473345.9
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113295303A
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 楊健;趙廣宏;許姣;尹玉剛;陳平
• 申請（專利權）人: 北京遙測技術研究所;航天長征火箭技術有限公司
• 主分類號: G01L1/10
• 分類號: G01L1/10;G01L1/16;G01L9/00;G01L9/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 茹阿昌

1.氮化鋁壓電MEMS諧振式壓力傳感器，其特征在于，包括：壓力敏感層(1)、AlN壓電諧振結構單元(2)和密封蓋板層(3)；

壓力敏感層(1)與AlN壓電諧振結構單元(2)經由凸臺(102)連接，AlN壓電諧振結構單元(2)與密封蓋板層(3)經鍵合連接在一起，形成真空絕壓腔體；

壓力敏感層(1)包括：感壓膜(101)和2個凸臺(102)，凸臺(102)連接著感壓膜(101)和AlN壓電諧振結構單元(2)。

AlN壓電諧振結構單元(2)從上至下依次包括：上電極(201)、氮化鋁壓電層(202)、下電極(203)和SiO₂層(204)；

上電極(201)包括2個驅動電極和2個檢測電極；

上電極(201)均呈長條狀；2個驅動電極和2個檢測電極均位于氮化鋁壓電層(202)上表面的左右兩側，且關于中心線對稱分布；驅動電極和檢測電極關于諧振單元中心呈對稱分布；

氮化鋁壓電層(202)呈長條狀，為雙端固支結構，固支端點位于兩個凸臺(102)的上方；下電極(203)位于整個氮化鋁壓電層(202)的下表面。SiO₂層(204)位于下電極(203)的下表面，SiO₂層(204)的下面與凸臺(102)直接連接；

密封蓋板層(3)包括6個電極通孔(301)和1個凹槽(302)，密封蓋板(3)的凹槽一面與AlN壓電諧振結構單元(2)的上表面鍵合，形成真空絕壓腔體。

2.根據權利要求1所述的氮化鋁壓電MEMS諧振式壓力傳感器，其特征在于，壓力敏感層(1)的材料為硅晶圓或SOI晶圓，AlN壓電諧振結構單元(2)的各層材料以壓力敏感層(1)為襯底，通過生長的方式依次沉積在該襯底晶圓上；材料層從下至上依次為Si或SOI晶圓、SiO₂、下電極、氮化鋁壓電層、上電極；

其中SiO₂層通過沉積工藝或熱氧化工藝制備在Si表面上。

3.根據權利要求2所述氮化鋁壓電MEMS諧振式壓力傳感器，其特征在于，AlN壓電諧振結構單元(2)和凸臺(102)結構是采用刻蝕的工藝，從上至下依次刻蝕制備而成。

4.根據權利要求1～3任意一項所述氮化鋁壓電MEMS諧振式壓力傳感器，其特征在于，下電極(203)接地，在2個驅動電極(2011，2012)上施加一對差分驅動信號，或僅在第一驅動電極(2011)上施加驅動信號，或僅在第二驅動電極(2012)上施加驅動信號來驅動AlN壓電諧振結構單元(2)發生面內諧振。

5.根據權利要求4所述氮化鋁壓電MEMS諧振式壓力傳感器，其特征在于，下電極(203)接地，在2個檢測電極(2013，2014)上提取一對差分輸出信號，或僅在第一檢測電極(2013)上提取輸出信號，或僅在第二檢測電極(2014)上提取輸出信號。

6.根據權利要求5所述氮化鋁壓電MEMS諧振式壓力傳感器，其特征在于，電極通孔(301)的位置與AlN壓電諧振結構單元(2)的驅動電極引線點(205)、檢測電極引線點(206)、下電極引線點(207)相對應；

凹槽(302)的位置與感壓膜(101)相對應，且凹槽(302)的區域面積大于等于感壓膜(101)的區域面積。

7.根據權利要求6所述氮化鋁壓電MEMS諧振式壓力傳感器，其特征在于，2個凸臺(102)分別位于感壓膜(101)的邊緣，兩個凸臺(102)關于感壓膜中心呈對稱分布。