在(100)单硅片上制作宽频带高量程加速度传感器的方法
【专利摘要】本发明提供一种在（100）单硅片上制作宽频带高量程加速度传感器的方法，所制作的宽频带高量程加速度传感器由四个纵截面为五边形规则的作为压阻敏感电阻的微梁以及一块弹性板构成，工作时微梁仅沿硅<110>晶向产生直拉或直压的应变，使得传感器具有高的灵敏度和较高的一阶振动频率，拓宽了工作频率带宽，保证传感器在高冲击响应过程中能够测量到较宽范围的频率信号，确保测量信号准确不失真；微梁由各向异性腐蚀溶液KOH溶液腐蚀，由硅（111）晶面作为腐蚀终止面，自动终止所述微梁的腐蚀，整个过程容易控制，可以精确控制微梁的尺寸，成品率大大提高，适于批量生产；传感器的体积较小，抗冲击能力比较大，有益于生产成本的降低。
【专利说明】在（100)单硅片上制作宽频带高量程加速度传感器的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于硅微机械传感器【技术领域】，涉及一种宽频带高灵敏度的高量程加速度 传感器及其制作方法。
【背景技术】
[0002] 高量程的加速度传感器在许多领域中都有着非常重要的应用价值，最典型的应用 是在工程冲击实验、侵彻型撞击测量、爆炸实验等，在民用和军事两方面都有迫切需求。
[0003] 高量程传感器在实际应用环境中，需要传感器具有快速响应，并且要求有较宽的 测量频率带宽，保证测量的高频信号不失真，因此要求传感器具有高的灵敏度和较宽的工 作频率带宽。目前量程在10万g的高量程加速度传感器的种类已有一些研究报道，如，一 种压阻检测的带曲面保护的悬臂梁结构的高量程加速度传感器已在实际应用（具体可见 文献：Journal of Micromechanics and Microengineening. Vol. 12, 2002:742-746.)，其具 有较高的灵敏度，但其一阶共振频率仅为81KHz，容易激发共振，导致信号提取有一定的难 度，高频信号也有可能被丢失。一般传感器的谐振频率与其灵敏度的乘积为一常数，要想同 时获得较高的灵敏度和谐振频率是很困难的。
【发明内容】
[0004] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种宽频带高量程加速度 传感器及其制作方法，用于解决现有技术中的的高量程加速度传感器的工作频率带宽较 窄，灵敏度不高的问题。
[0005] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种宽频带高量程加速度传感器， 所述宽频带高量程加速度传感器包括：支撑框，设置在所述加速度传感器中，且框体呈矩形 结构；弹性板，顺应所述框体呈矩形立方结构并设置于所述框体中；所述弹性板两个相对 的侧面固支于所述支撑框的内侧，另两个相对的侧面与所述框体具有一定的间隙；多个微 梁，对称地分布于所述弹性板非固支的两侧，且位于所述弹性板同一侧的微梁相互平行；所 述微梁的一端与所述弹性板相连接，另一端与所述支撑框相连接；所述微梁纵截面的形状 为五边形；所述微梁为用作压阻敏感电阻的微梁，各压阻敏感电阻之间相互连接成惠斯通 全桥电路。
[0006] 优选地，所述弹性板非固支的两侧各分布一对平行的微梁。
[0007] 优选地，所述微梁以所述弹性板的中心呈中心对称分布。
[0008] 优选地，所述微梁的厚度与宽度之比大于
【权利要求】
1. 一种宽频带高量程加速度传感器，其特征在于，所述宽频带高量程加速度传感器包 括： 支撑框，设置在所述加速度传感器中，且框体呈矩形结构； 弹性板，顺应所述框体呈矩形立方结构并设置于所述框体中；所述弹性板两个相对的 侧面固支于所述支撑框的内侧，另两个相对的侧面与所述框体具有一定的间隙； 多个微梁，对称地分布于所述弹性板非固支的两侧，且位于所述弹性板同一侧的微梁 相互平行；所述微梁的一端与所述弹性板相连接，另一端与所述支撑框相连接；所述微梁 纵截面的形状为五边形；所述微梁为用作压阻敏感电阻的微梁，各压阻敏感电阻之间相互 连接成惠斯通全桥电路。
2. 根据权利要求1所述的宽频带高量程加速度传感器，其特征在于：所述弹性板非固 支的两侧各分布一对平行的微梁。
3. 根据权利要求1所述的宽频带高量程加速度传感器，其特征在于：所述微梁以所述 弹性板的中心呈中心对称分布。
4. 根据权利要求1所述的宽频带高量程加速度传感器，其特征在于：所述微梁的厚度 与宽度之比大于万/2。
5. 根据权利要求1所述的宽频带高量程加速度传感器，其特征在于：所述支撑框的上 表面、所述微梁的上表面与所述弹性板的上表面位于同一平面；所述支撑框的下表面与所 述弹性板的下表面位于同一平面。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的宽频带高量程加速度传感器，其特征在于：所 述支撑框的上、下表面、所述微梁的上表面和所述弹性板的上、下表面分别为硅（100)晶 面。
7. 根据权利要求6所述的宽频带高量程加速度传感器，其特征在于：所述微梁的五个 表面包括一个娃（100)晶面、两个与所述娃（100)晶面相连接的娃（110)晶面和两个位于 所述两硅（110)晶面之间的硅（111)晶面。
8. 根据权利要求7所述的宽频带高量程加速度传感器，其特征在于：所述微梁的长度 方向均为硅〈11〇>晶向。
9. 一种在（100)单硅片上制作宽频带高量程加速度传感器的方法，其特征在于：包括 以下步骤： 1) 提供一硅（100)晶面的硅片，在所述硅片上形成具有压阻效应的压阻敏感电阻的硼 离子注入区域； 2) 利用自对准工艺在所述硅片上形成弹性板图形，在所述离子注入区域内形成微梁图 形； 3) 刻蚀所述微梁图形，并利用深反应离子刻蚀技术形成所述微梁的厚度，同时形成所 述微梁和弹性板的雏形； 4) 对所述硅片进行热氧化，以激活所述压阻敏感电阻，并在步骤3)刻蚀后形成的各结 构雏形的表面及侧面形成二氧化硅保护层； 5) 去除所述弹性板两侧的二氧化硅保护层，以形成弹性板的刻蚀窗口； 6) 利用深反应离子刻蚀工艺刻蚀出所述弹性板； 7) 利用各向异性腐蚀溶液对所述硅片进行腐蚀，直至在所述微梁下表面形成两个腐蚀 终止面硅（111)晶面，形成纵截面为五边形的所述微梁； 8) 在所述硅片的欧姆接触区刻蚀出欧姆接触孔； 9) 在所述硅片表面淀积薄膜铝并形成引线和焊盘。
10. 根据权利要求9所述的宽频带高量程加速度传感器，其特征在于：所述微梁的五个 表面包括一个娃（100)晶面、两个与所述娃（100)晶面相连接的娃（110)晶面和两个位于 所述两硅（110)晶面之间的硅（111)晶面,其中，所述硅（111)晶面作为腐蚀终止面。
11. 根据权利要求9所述的宽频带高量程加速度传感器的使用方法，其特征在于：所述 微梁的长度方向与所述硅片的硅〈11〇>晶向一致。
12. 根据权利要求9所述的宽频带高量程加速度传感器的使用方法，其特征在于：所述 压阻敏感电阻的方块阻值为80Q?95Q/ 口。
【文档编号】G01P15/12GK104267215SQ201410562370
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月21日 优先权日:2014年10月21日
【发明者】张鲲, 李昕欣, 鲍海飞, 宋朝辉 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所