本發(fā)明涉及mems磁場傳感器，特別涉及一種mems磁場傳感器及其制作方法。

背景技術：

1、現(xiàn)有mems磁場傳感器通過磁電復合薄膜中的磁致伸縮材料在外加磁場作用下產生的磁致伸縮，在壓電材料上誘導應力或者應變，壓電材料受此應力作用而產生一定的電效應，最終實現(xiàn)利用磁信號來產生和輸出可測量的電信號，從而實現(xiàn)磁效應和壓電效應的耦合，來檢測磁場。

2、目前基于磁電復合薄膜的mems磁場傳感器的檢測靈敏度較低，距離理論檢測極限差距較大，其主要優(yōu)化方向在于耦合諧振器的耦合材料體系、耦合厚度和諧振結構，然而通過上述方法進行優(yōu)化，可能會導致mems磁場傳感器面臨應力釋放困難的問題，致使mems磁場傳感器耦合制作良率較低。

3、因此，有必要提供一種新的mems磁場傳感器及其制作方法以解決上述技術問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的是提出一種mems磁場傳感器及其制作方法，旨在改善現(xiàn)有技術中mems磁場傳感器應力釋放困難的技術問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，根據本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提出的mems磁場傳感器，包括：

3、襯底，所述襯底形成有空腔，并形成懸浮板；

4、耦合諧振器，所述耦合諧振器包括電極組件和磁電復合薄膜；所述電極組件包括底電極層，所述底電極層貼合于所述襯底，所述懸浮板的兩端均設置有錨點梁，所述錨點梁與所述底電極層連接，以使所述懸浮板懸于所述空腔上；所述磁電復合薄膜貼合于所述底電極層；所述耦合諧振器形成有應力釋放孔，所述應力釋放孔連通所述空腔。

5、在一實施例中，所述電極組件還包括頂電極層，所述磁電復合薄膜包括依次貼合的壓電薄膜層和磁致伸縮薄膜層，所述壓電薄膜層貼合于所述底電極層，所述頂電極層貼合于所述磁致伸縮薄膜層。

6、在一實施例中，所述電極組件還包括頂電極層，所述磁電復合薄膜包括壓電薄膜層和磁致伸縮薄膜層，所述壓電薄膜層貼合于所述底電極層，所述頂電極層的兩側分別貼合于所述壓電薄膜層和所述磁致伸縮薄膜層。

7、在一實施例中，所述應力釋放孔的數量為兩個，兩個所述應力釋放孔沿所述耦合諧振器的寬度方向間隔設置。

8、在一實施例中，所述應力釋放孔為方形孔，且沿所述耦合諧振器的長度方向延伸。

9、在一實施例中，所述耦合諧振器的數量為多個，且多個所述耦合諧振器間隔設置。

10、在一實施例中，所述懸浮板的厚度范圍為500nm至20μm，所述壓電薄膜層的厚度范圍為500nm至2μm，所述磁致伸縮薄膜層的厚度范圍為500nm至2μm，且所述壓電薄膜層的厚度與所述磁致伸縮薄膜層的厚度的比值范圍為0.8至1.2。

11、在一實施例中，所述壓電薄膜層的材料為aln、alscxn或鋯鈦酸鉛，其中x的范圍為0.40至0.45。

12、根據本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提供一種mems磁場傳感器的制作方法，所述mems磁場傳感器的制作方法應用于如上述所述的mems磁場傳感器，所述mems磁場傳感器的制作方法包括以下步驟：

13、在襯底上加工形成耦合諧振器；

14、在耦合諧振器上通過光刻圖形化制作掩膜，并通過正面干法在耦合諧振器上刻蝕圖形并形成應力釋放孔；

15、在襯底的背面通過光刻圖形化制作掩膜，并通過背面深干法在襯底上形成空腔，并在耦合諧振器上形成懸浮板。

16、在一實施例中，所述在襯底上沉積形成耦合諧振器的步驟包括：

17、在襯底上沉積形成底電極層；

18、在底電極層上沉積形成壓電薄膜層，并在底電極層上通過光刻圖形化制作掩膜，再通過濕法腐蝕或者干法刻蝕工藝對壓電薄膜層進行圖形化；

19、在底電極層上通過濕法腐蝕或者干法刻蝕工藝實現(xiàn)對底電極層的圖形化；

20、在壓電薄膜層上通過光刻圖形化制作掩膜，并在壓電薄膜層上沉積形成磁致伸縮薄膜層，然后通過剝離工藝實現(xiàn)磁致伸縮薄膜層的圖形化；

21、在磁致伸縮薄膜層上通過光刻圖形化制作掩膜，并在磁致伸縮薄膜層上沉積形成頂電極層，然后通過剝離工藝實現(xiàn)頂電極層的圖形化。

22、上述方案中，mems磁場傳感器包括襯底和耦合諧振器，襯底形成有空腔，并形成懸浮板；耦合諧振器包括電極組件和磁電復合薄膜，電極組件包括底電極層，底電極層貼合于襯底，懸浮板的兩端均設置有錨點梁，錨點梁與底電極層連接，以使懸浮板懸于空腔上；磁電復合薄膜貼合于底電極層，耦合諧振器形成有應力釋放孔，應力釋放孔連通空腔。采用單晶硅或者其他適合的材料作為襯底，在襯底上通過背面深干法刻蝕形成空腔，為空腔內的懸浮結構提供自由運動的空間，底電極層貼合于襯底上，底電極層用于施加電壓和采集信號，懸浮板懸于空腔上方，懸浮板兩端通過錨點梁與底電極層連接，錨點梁用于支撐和固定懸浮板，確保懸浮板在受力時能夠自由振動而不發(fā)生過度變形，懸浮板通常由一層或多層材料構成，如硅或金屬，懸浮板提供一個自由振動的平臺，使磁電復合薄膜能夠響應外部磁場的變化，磁電復合薄膜貼合于底電極層上，具有壓電效應和磁致伸縮效應，能夠在應變作用下產生電信號，同時能夠在磁場作用下發(fā)生形變，底電極層用于施加電壓和采集信號，然后在上耦合諧振器加工形成有應力釋放孔，并使得應力釋放孔與空腔相互連通，這樣加工形成應力釋放孔，通過改變應力分布，提供自由變形空間，抑制裂紋擴展，平滑應力梯度，從而有效釋放殘余應力；在使用mems磁場傳感器時，當外部磁場變化時，磁電復合薄膜會發(fā)生形變，產生應變，并產生電信號，通過底電極層，可以采集磁電復合薄膜產生的電信號，這些電信號經過放大和處理后，就可以測量得出外部磁場的變化；本發(fā)明中通過在耦合諧振器上加工形成應力釋放孔，施加應力后，應力釋放孔通過在應力集中的區(qū)域引入局部不連續(xù)性幾何，就會使得應力重新分布，將原本集中在某一區(qū)域的應力被分散到周圍的材料中，從而降低局部的最大應力值，減少了應力集中現(xiàn)象，并且應力釋放孔的周圍形成了自由邊界，這些邊界允許材料在受到應力時自由變形，而不是被約束在一個固定的區(qū)域內，這樣可以更容易地發(fā)生彈性變形，然后確保應力釋放孔連通空腔，這樣提供了更多的自由變形空間和應力釋放路徑，這樣就能夠有效釋放殘余應力，mems磁場傳感器的殘余應力更容易釋放，進而大大提高了mems磁場傳感器耦合制作良率。

技術特征：

1.一種mems磁場傳感器，其特征在于，包括：

2.如權利要求1所述的mems磁場傳感器，其特征在于，所述電極組件還包括頂電極層，所述磁電復合薄膜包括依次貼合的壓電薄膜層和磁致伸縮薄膜層，所述壓電薄膜層貼合于所述底電極層，所述頂電極層貼合于所述磁致伸縮薄膜層。

3.如權利要求1所述的mems磁場傳感器，其特征在于，所述電極組件還包括頂電極層，所述磁電復合薄膜包括壓電薄膜層和磁致伸縮薄膜層，所述壓電薄膜層貼合于所述底電極層，所述頂電極層的兩側分別貼合于所述壓電薄膜層和所述磁致伸縮薄膜層。

4.如權利要求1所述的mems磁場傳感器，其特征在于，所述應力釋放孔的數量為兩個，兩個所述應力釋放孔沿所述耦合諧振器的寬度方向間隔設置。

5.如權利要求1至4中任一項所述的mems磁場傳感器，其特征在于，所述應力釋放孔為方形孔，且沿所述耦合諧振器的長度方向延伸。

6.如權利要求1至4中任一項所述的mems磁場傳感器，其特征在于，所述耦合諧振器的數量為多個，且多個所述耦合諧振器間隔設置。

7.如權利要求2或3所述的mems磁場傳感器，其特征在于，所述懸浮板的厚度范圍為500nm至20μm，所述壓電薄膜層的厚度范圍為500nm至2μm，所述磁致伸縮薄膜層的厚度范圍為500nm至2μm，且所述壓電薄膜層的厚度與所述磁致伸縮薄膜層的厚度的比值范圍為0.8至1.2。

8.如權利要求2或3所述的mems磁場傳感器，其特征在于，所述壓電薄膜層的材料為aln，或alscxn，或鋯鈦酸鉛，其中x的范圍為0.40至0.45。

9.一種mems磁場傳感器的制作方法，所述mems磁場傳感器的制作方法應用于如權利要求1至8中任一項所述的mems磁場傳感器，其特征在于，所述mems磁場傳感器的制作方法包括以下步驟：

10.如權利要求9所述的mems磁場傳感器的制作方法，其特征在于，所述在襯底上沉積形成耦合諧振器的步驟包括：

技術總結
本發(fā)明公開了一種MEMS磁場傳感器及其制作方法，涉及MEMS磁場傳感器技術領域，其中，MEMS磁場傳感器包括襯底和耦合諧振器，襯底形成有空腔，并形成懸浮板；耦合諧振器包括電極組件和磁電復合薄膜，電極組件包括底電極層，底電極層貼合于襯底，懸浮板的兩端均設置有錨點梁，錨點梁與底電極層連接，以使懸浮板懸于空腔上；磁電復合薄膜貼合于底電極層，耦合諧振器形成有應力釋放孔，應力釋放孔連通空腔。施加應力后，就會使得應力重新分布，將原本集中在某一區(qū)域的應力被分散到周圍的材料中，從而降低局部的最大應力值，減少了應力集中現(xiàn)象，這樣就能夠有效釋放殘余應力，MEMS磁場傳感器的殘余應力更容易釋放，進而大大提高了MEMS磁場傳感器耦合制作良率。

技術研發(fā)人員：關蒙萌,胡忠強
受保護的技術使用者：珠海多創(chuàng)科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2