用于电容式温度计的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明一般而言涉及微制造设备和电路，并且在具体实施例中，涉及用于电容式温度计的系统和方法。
【背景技术】
[0002]换能器将信号从一个域变换到另一个域，并且通常用于传感器中。日常生活中所见的一个常见的传感器是温度计。各种换能器通过将温度信号变换为电信号而作为温度计使用存在。
[0003]基于传感器的微电机系统(MEMS)包括使用微加工技术生产的换能器系列。MEMS通过测量换能器中的物理状态的变化收集来自环境的信息，并将信号传递到与MEMS传感器连接的处理电子器件。使用与用于集成电路的技术类似的微加工制造技术可以制造MEMS
目.ο
[0004]此外，温度通常是在大量应用中测量的。例如，了解温度以及温度是如何变化的对人类或动物的保健和诊断或者在制造或系统运行时可靠性和系统健康的监测是有用的。在具体示例中，在监测针对传染病、疾病和受伤的代谢反应时，监测病人的体温可能对医护人员是有用的。存在许多种温度计系统用于不同环境中而处理具体应用。
[0005]例如，这种变化的应用在源、信号测量和传输、鲁棒性、装置寿命、装置定位以及其它领域等方面提出了许多挑战。期望创造性的构想以增加温度计的有效性和应用的数目。
【发明内容】
[0006]本文所公开的各种实施例包括含有可偏转膜和传感电极的电容式温度计。可偏转膜被配置为基于可偏转膜的温度调节电电容。
【附图说明】
[0007]为了更完整地理解本发明及其优点，现将结合附图参考以下描述，其中:
[0008]图1示出了包括温度计的实施例系统的系统级图；
[0009]图2a和2b示出了实施例电容式温度计的示意图；
[0010]图3a和3b分别示出了另一个实施例电容式温度计的截面图和俯视图；
[0011]图4示出了另一个实施例电容式温度计的截面图；
[0012]图5a和5b示出了实施例半导体系统的俯视图和截面图；
[0013]图6a_6c示出了其它实施例电容式温度计的截面图；
[0014]图7示出了用于实施例电容式温度计的实施例制造顺序的框图；
[0015]图8a和8b示出了显示用于实施例系统的膜偏转的示例绘图；
[0016]图9示出了实施例操作方法的模块图；以及
[0017]图10示出了又一个实施例电容式温度计的截面图。
[0018]除非另有说明，不同附图中对应的附图标记和符号一般表示对应的部件。所绘附图用已清楚地示出实施例的相关方面而不需要按比例绘制。
【具体实施方式】
[0019]下面将具体描述各种实施例的制造和使用。然而，应当理解的是，本文所描述的各种实施例适用于很多不同的具体环境。所描述的具体实施例仅是用以制造和使用各种实施例的具体方式的说明，而不应当被解释为限制范围。
[0020]根据在具体环境下的各种实施例，即温度计，以及更具体地，MEMS温度计作出描述。本文所描述的各种实施例的一些包括MEMS温度计、电容式温度计、RF电路、具有RF电路的电容式温度计和可移植温度计。在其它实施例中，这些方面也可以应用于包含其它类型的根据本领域已知的任何方式将物理信号转换至另一个域的传感器或换能器的其它应用场合中。
[0021]根据各种实施例，公开了电容式温度计。在一些实施例中，可以使用温度计而不需要外部连接或内部电源。温度信息在很多应用中是有用的；然而，获取测量点可能带来一些挑战。本文所公开的实施例温度计包括电容式MEMS温度计。一些实施例包括RF通信。通过具有在RLC电路中作为电容器的电容式温度计的电阻电感电容(RLC)电路提供了 RF通信。一些实施例包括用于监测健康或相关生理变化的安置在人类或动物体内的合适位置的可移植温度计。其它实施例包括用于其它不可访问位置的封装的温度计，例如在化学反应或机能机器中。本文所公开的实施例温度计可以用简单的过程制造，并且在一些情况下可以形成于单个半导体裸片上而没有外部连接或内部电源。
[0022]图1示出了包括在不可访问系统101中的温度计100以及与温度计100通信的射频(RF)装置105的实施例系统。根据各种实施例，不可访问系统101包括因为成本和操作要求而难以访问或不可访问的多种系统。例如，不可访问系统101可以包括活人或动物体内的元件。在其它实施例中，不可访问系统11包括在机器中的内部位置。在各种实施例中，为了测量在某些位置的温度，单个实施例温度计100或多个温度计100包括在不可访问系统101中。在一些实施例中，温度测量的位置是固定的。在其它实施例中，位置是动态的。
[0023]根据各种实施例，温度计100没有内部电源或外部连接。在这种实施例中，通过RF装置105无线地提供通信和功率。如图所示，RF装置发送信号至不可访问系统101内的一个或多个实施例温度计100。温度计100接收发送的信号并产生将温度计100上各个位置的的温度传递回至RF装置105的响应信号。在各种实施例中，RF装置105可以确定温度，或RF装置105可以耦合至基于从温度计100接收到的响应信号而确定在各个位置上温度的任何类型的处理器(未示出)。在使用多于一个温度计100的实施例中，可以包括对每个温度计的识别。在一些实施例中，每个温度计可以包括带有唯一或半唯一识别的RFID标签。在其它实施例中，温度计的RF特性可能不同于系统中的其它温度计。例如，正如下面将进一步描述的，每个温度计可能具有在不同频率带宽产生不同RF响应的不同阻抗值。在又一个实施例中，每个温度计可能包括具有被配置为对装置识别信息进行通信和存储的一些控制器的集成电路(1C)。在这种情况下，IC中的控制器可以使用任何类型的通信协议与RF装置105通信。在另外的实施例中，温度计100也可以是安装在特定位置的有线装置并通过有线连接通信，以确定特定位置的温度。
[0024]图2a和图2b示出了包括封装在模塑料104中的温度计和射频(RF)电路102的实施例温度计系统100。模塑料104可以是各种实施例中的任何材料，并且可以以任何形状形成在RF电路102的周围。根据可移植装置的各种实施例，模塑料104可以包括任何生物相容材料。具体地，模塑料可以包括例如碱石灰或硅硼玻璃。进一步地，模塑料104可以密封在温度计102周围。
[0025]图2b示出了 RF电路102的实施例电路图。根据各种实施例，RF电路102包括电阻器106、电感器108和附接到地面114的电容式温度计110。在一些实施例中，电阻器是电路中的分离元件。在其它实施例中，电阻器是电容器或电感器中的寄生电阻。在一些实施例中，电阻器106、电感器108和电容式温度计110包括在单个基底或晶片120上，例如硅基底。所示的信号源112用以表示引起电路的激励的传输到RF电路102的RF信号。
[0026]根据各种实施例，RF装置105，如图1所示，传输以信号源112为模型的信号。传输信号激励RF电路102并使RF电路102基于RF电路102的RLC特性传输响应信号。RF电路102的电容由电容式温度计110提供。根据各种实施例，电容式温度计110的电容取决于结构的温度。因此，由于RF电路102的RLC特性是依赖于电容式温度计110的，RF电路102的温度在响应信号中传递。下面参考其它附图描述电容式温度计110的结构。
[0027]图3a和3b分别示出了实施例电容式温度计IlOa的截面图和俯视图。根据各种实施例，电容式温度计IlOa包括可偏转膜134和氧化物140以及形成在基底130中的刚性传感电极132。腔150和152由膜134分离，以及腔152和154由传感电极132分离。在各种实施例中，膜134和传感电极132都包括通风孔。通风孔可以是足够大的以防止腔150、152和154之间的压力不同。在一些实施例中，膜134或传感电极132可以包括多个通风孔。
[0028]根据各种实施例，膜134包括多晶硅层138和铝层136。这些层包括两个不同的热膨胀系数。在这种实施例中，随着温度的改变，膜134将基于多晶硅层138和铝层136的膨胀或收缩率的差别偏转。随着膜134的偏转，膜134和传感电极132之间形成的电容将被修改。电容的变化将在耦合到传感电极132的触点144和耦合到膜134中的铝层136的触点144之间产生电压或电流信号。因此，电容式温度计IlOa的电容是与温度有关的。在一些实施例中，传感电极由掺杂硅形成。
[0029]在各种实施例中，所使用的材料可以从许多不同的材料中选择。例如，触点144和148可以由任何导电材料形成，例如金属或掺杂半导体。例如，传感电极132可以由掺杂半导体、金属、金属化合物或多晶硅形成。同样，膜134可以由具有两种不同热膨胀系数的两种材料形成