傳感 器其原理是基于變面積。根據平板電容公式：
可知，電容與面積成線性關系。其 中，C表不壓力傳感器的電容，ε〇表不真空介電常數(shù)，〖!^表不介質層的相對介電常數(shù)(本實施 例的介質層為空氣），Α表示上電極302和下電極101之間重疊的面積，d表示上電極302和下 電極101的間距。
[0029]作為一種優(yōu)選方案，所述的彈性件304由多晶硅制成，且彈性件304呈彎折形。彈性 件304由多晶硅制成，便于在制備多晶硅層3時，整體制備可動敏感薄膜層301、四個上電極 302、多晶硅錨區(qū)303和連接桿304。彈性件304呈彎折形，使得其具有一定的彈性，結構也簡 單可靠。
[0030] 作為一種優(yōu)選方案，所述的可動敏感薄膜層301、上電極302和多晶硅錨區(qū)303位于 同一平面內。將多晶硅層3中的各部件置于同一平面內，便于制造加工。
[0031] 上述結構的電容式壓力傳感器的制備方法，包括以下步驟：
[0032] 第一步:如圖2所示，在硅襯底層1上進行磷離子注入，形成傳感器的下電極101。
[0033] 第二步：如圖3所示，在硅襯底層1上生長一層二氧化硅層2,然后采用光刻工藝在 二氧化硅層2上形成多晶硅支撐層201和濕法腐蝕的停止層203。
[0034]第三步：如圖4所示，在二氧化硅層2上生長一層多晶硅層3，然后采用光刻工藝，在 多晶硅層3光刻形成可動敏感薄膜層301、傳感器的上電極302、多晶硅錨區(qū)303、彈性件304 和連接桿305。上電極302為四個，可動敏感薄膜層301和上電極302均位于第二空腔202正上 方，且每個上電極302的一端通過連接桿305與可動敏感薄膜層301的一端面連接，每個上電 極302的另一端通過彈性件304與多晶硅錨區(qū)303連接，連接桿305和彈性件304相對布設，分 別位于上電極302兩側;多晶硅錨區(qū)303固定連接在多晶硅支撐層201上。
[0035]第四步:如圖5所示，在硅襯底層1背面進行各向異性濕法刻蝕，形成第一空腔102。 [0036]第五步：如圖6所示，利用各向異性濕法腐蝕，腐蝕停止層203,得到第二空腔202， 從而制成壓力傳感器。
[0037]上述實施例的電容式壓力傳感器中，硅襯底1中的下電極101通過離子注入形成。 硅襯底1中的第一空腔102通過濕法腐蝕形成?？蓜用舾斜∧?01、上電極302、彈性件304 和多晶硅錨區(qū)303位于同一平面，而且材料都是多晶硅。在工藝上，這些部件通過生長一層 多晶硅材料，然后光刻形成可動敏感薄膜層301、上電極302、彈性件304和多晶硅錨區(qū)303四 個部件。彈性件303的存在使得上電極302向可動敏感薄膜層301中心移動更加容易。
[0038]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點。本領域的技術人員應該 了解，本發(fā)明不受上述具體實施例的限制，上述具體實施例和說明書中的描述只是為了進 一步說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和 改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護的范圍由權利要 求書及其等效物界定。
【主權項】
1. 一種具有高線性度的電容式壓力傳感器，其特征在于，該壓力傳感器包括從下向上 依次布設的硅襯底層(1 )、二氧化硅層(2 )和多晶硅層(3 );其中， 硅襯底層（1)中設有第一空腔（102)和四個下電極（101)，第一空腔（102)貫穿硅襯底層 (1) ，下電極（101)固定連接在硅襯底層（1)的上部，四個下電極（101)布設在第一空腔（102) 的四周； 二氧化硅層(2)中設有多晶硅支撐層(201)和第二空腔(202)，多晶硅支撐層(201)固定 連接在硅襯底層（1)的頂面;第二空腔（202)位于多晶硅支撐層（201)的內側，且第二空腔 (202)與第一空腔（102)連通； 多晶硅層(3 )包括可動敏感薄膜層(301 )、四個上電極(302 )、多晶硅錨區(qū)（303 )，可動敏 感薄膜層(301)和上電極(302)均位于第二空腔(202)正上方，且每個上電極(302)的一端通 過連接桿(305 )與可動敏感薄膜層（301)的一端面連接，每個上電極(302 )的另一端通過彈 性件(304)與多晶硅錨區(qū)（303)連接，連接桿(305)和彈性件(304)相對布設，分別位于上電 極(302 )兩側;多晶硅錨區(qū)（303 )固定連接在多晶硅支撐層(201)上； 上電極（302)和下電極（101)--對應，下電極（101)位于連接桿(305)的下方，且上電 極(302)靠近可動敏感薄膜層(301)的端面和下電極（101)遠離第一空腔（102)的端面處于 同一面中。2. 按照權利要求1所述的具有高線性度的電容式壓力傳感器，其特征在于，所述的彈性 件(304)由多晶硅制成，且彈性件(304)呈彎折形。3. 按照權利要求1所述的具有高線性度的電容式壓力傳感器，其特征在于，所述的可動 敏感薄膜層(301)、上電極(302)、多晶硅錨區(qū)（303)、彈性件(304)和連接桿(305)位于同一 平面內。4. 一種具有高線性度的電容式壓力傳感器的制備方法，其特征在于，該制備方法包括 以下步驟： 第一步:在硅襯底層（1)上進行磷離子注入，形成傳感器的下電極（101); 第二步：在硅襯底層（1)上生長一層二氧化硅層（2)，然后采用光刻工藝在二氧化硅層 (2) 上形成多晶硅支撐層(201)和濕法腐蝕的停止層(203); 第三步：在二氧化硅層（2)上生長一層多晶硅層（3)，然后采用光刻工藝，在多晶硅層 (3) 光刻形成可動敏感薄膜層（301)、傳感器的上電極（302)、多晶硅錨區(qū)（303)、彈性件 (304) 和連接桿(305); 第四步:在硅襯底層(1)背面進行各向異性濕法刻蝕，形成第一空腔(102); 第五步:利用各向異性濕法腐蝕，腐蝕停止層(203)，得到第二空腔(202)，從而制成壓 力傳感器。5. 按照權利要求4所述的具有高線性度的電容式壓力傳感器的制備方法，其特征在于， 所述的第三步中，上電極(302)為四個，可動敏感薄膜層(301)和上電極(302)均位于第二空 腔(202)正上方，且每個上電極(302)的一端通過連接桿(305)與可動敏感薄膜層(301)的一 端面連接，每個上電極（302)的另一端通過彈性件（304)與多晶硅錨區(qū)（303)連接;連接桿 (305) 和彈性件(304)相對布設，分別位于上電極(302)兩側;多晶硅錨區(qū)（303)固定連接在 多晶硅支撐層(201)上。6. 按照權利要求4所述的具有高線性度的電容式壓力傳感器的制備方法，其特征在于， 所述的第三步中，所述的彈性件(304)由多晶硅制成，且彈性件(304)呈彎折形。7.按照權利要求4、5或6所述的具有高線性度的電容式壓力傳感器的制備方法，其特征 在于，所述的第三步中，可動敏感薄膜層（301 )、上電極（302)、多晶硅錨區(qū)（303)、彈性件 (304)和連接桿(305)位于同一平面內。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有高線性度的電容式壓力傳感器，該壓力傳感器包括從下向上依次布設的硅襯底層、二氧化硅層和多晶硅層；硅襯底層中設有第一空腔和四個下電極；二氧化硅層中設有多晶硅支撐層和第二空腔，第二空腔與第一空腔連通；多晶硅層包括可動敏感薄膜層、四個上電極、多晶硅錨區(qū)，每個上電極的一端通過連接桿與可動敏感薄膜層的一端面連接，每個上電極的另一端通過彈性件與多晶硅錨區(qū)連接，下電極位于連接桿的下方，且上電極靠近可動敏感薄膜層的端面和下電極遠離第一空腔的端面處于同一面中。該壓力傳感器將縱向的位移變化轉為化橫向面積變化，具有高線性度，同時壓力傳感器的上下極板之間是非接觸的，提高了器件的可靠性。
【IPC分類】G01L9/12, G01L1/14
【公開號】CN105606269
【申請?zhí)枴緾N201510580359
【發(fā)明人】聶萌, 包宏權, 黃慶安
【申請人】東南大學
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2015年9月11日