[發明專利]一種PT對稱微機械磁場傳感器

有效

• 申請號: 202110481411.7
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN112986872B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 王立峰;張尚洋;張曼娜;黃慶安;董蕾
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01R33/02
• 分類號: G01R33/02
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 杜靜靜

本發明涉及一種PT對稱微機械磁場傳感器，包括襯底、第一微機械結構、第二微機械結構、靜電耦合結構、可調阻尼電路和磁場輸入結構，其中第一微機械結構和第二微機械結構通過靜電結構耦合，且鏡像對稱，可調阻尼電路作用于第一微機械結構的等效阻尼和第二微機械結構的等效阻尼符號相反、大小相等。本傳感器系統工作在PT對稱狀態的奇點區域，根據已有PT對稱系統的研究報道，偏置在奇異點的PT對稱微機械磁場傳感器的靈敏度將比傳統的非PT對稱系統有數量級的提高。

技術領域

本發明涉及一種傳感器，具體涉及一種PT對稱微機械磁場傳感器，屬于微電子技術領域。

背景技術

磁場傳感器是一種能夠測量磁場的傳感器，使用較多的磁場傳感器有感應線圈磁強計、磁通門磁力儀、質子磁力儀、光泵磁力儀、磁阻傳感器、巨磁阻抗傳感器等。

目前研究和應用較多的光纖磁場傳感器通過檢測光纖內傳輸光的強度、波長、相位、偏振態等參數感知環境磁場的強度、方向等信息。除了光纖磁場傳感器外，半導體集成電路工藝和MEMS（微機電系統）技術的發展和進步，大大促進了半導體磁場傳感器的發展。多種不同原理和結構的半導體微型磁場傳感器被發明出來。

在1998年，美國華盛頓大學的C. M. Bender教授提出了一種PT對稱的哈密頓量，該哈密頓量不具有厄米性，但也同樣有實解。這里的P和T分別代表了宇稱（Parity）變換和時間（Time）變換。在Bender教授提出PT對稱概念后，國際上眾多學者和研究機構很快加入到了這種非厄米的PT對稱的研究之中。到目前為止，PT對稱非厄米量子體系的理論框架已基本形成。除了在量子體系中的研究，PT對稱理論也在不同類型的經典物理系統中得到了驗證，同時PT對稱系統的一些特殊的性質和現象也被逐步發現。研究最早、報道最多的PT對稱系統是光學系統，然后逐步擴散到電學、聲學等多種系統。利用PT對稱理論構造的經典物理系統獲得了一些特殊性質和有趣現象，例如，單向隱身、完美吸收、磁光非互易性等；特殊性能包括：超靈敏傳感、單模激光等。但目前對于PT對稱系統的研究主要還是集中在光學系統和電學系統，而PT對稱微機械結構以及基于該結構的磁場傳感器還未見研究報道。

發明內容

本發明正是針對現有技術中存在的問題，提供一種PT對稱微機械磁場傳感器，該方案中，PT對稱微機械磁場傳感器則是基于PT對稱原理的系統，因此本發明構造的磁場傳感系統展現出新的物理現象或效應。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下，一種PT對稱微機械磁場傳感器，所述傳感器包括襯底、第一微機械結構、第二微機械結構、靜電耦合結構、可調阻尼電路和磁場輸入結構；其中第一微機械結構、第二微機械結構、靜電耦合結構、可調阻尼電路和磁場輸入結構均設置在襯底上；所述第一微機械結構和第二微機械結構對稱的設置在磁場輸入結構的兩側；所述可調阻尼電路通過引線與第一微機械結構或第二微機械結構連接。

作為本發明的一種改進，所述第一微機械結構包括第一諧振梁、第一諧振梁上電極和錨區、第一諧振梁下電極和錨區、第一反饋梁、第一反饋梁電極和錨區一、第一反饋梁電極和錨區二、第一左連接梁、第一右連接梁和第一耦合梁；第一諧振梁的上、下部分分別連接到第一諧振梁上電極和錨區、第一諧振梁下電極和錨區；第一諧振梁的左邊通過第一左連接梁連接第一反饋梁；第一諧振梁的右邊通過第一右連接梁連接第一耦合梁；第一反饋梁和第一反饋梁電極和錨區一、第一反饋梁電極和錨區二相互靠近形成反饋電容。根據靜電力公式，相互靠近形成反饋電容，可以產生反饋力。電容電極越靠近，反饋電容越大，反饋靜電力越大。