CN105092069A - 用于电容式温度计的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提出了一种用于电容式温度计的系统和方法。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。该电容式温度计被皮遏制为基于可偏转膜的温度调节电容值。

Description

用于电容式温度计的系统和方法
技术领域
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
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。
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装置。
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。
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
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
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：
图1示出了包括温度计的实施例系统的系统级图；
图2a和2b示出了实施例电容式温度计的示意图；
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；
图4示出了另一个实施例电容式温度计的截面图；
图5a和5b示出了实施例半导体系统的俯视图和截面图；
图6a-6c示出了其它实施例电容式温度计的截面图；
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；
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；
图9示出了实施例操作方法的模块图；以及
图10示出了又一个实施例电容式温度计的截面图。
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
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。
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。
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。
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。
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(IC)。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。
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。
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。
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。
图3a和3b分别示出了实施例电容式温度计110a的截面图和俯视图。根据各种实施例，电容式温度计110a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。
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110a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。
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。例如，层136中的第一材料也可以是铜、金、铂或钛，以及例如，层138中的第二材料可以是硅、掺杂硅、氮化硅、氧化硅、碳化硅或其它材料。在一些实施例中，的层136中的第一材料可以被选择为具有与第二材料的热膨胀系数差别很大的热膨胀系数，并且还可以被选择为显示在第一和第二材料之间的粘合。膜134可以由两个或两个以上的层形成。在替代实施例中，膜134可以由单个层形成。传感电极132也可以被配置为响应于温度变化而偏转，并且也可以由多个层形成。在各种实施例中，氧化物140可以是任何氧化物。
根据各种实施例，阻挡层142和146从外部环境密封腔150、152和154。例如，阻挡层142和146可以由导热和非活性材料形成，例如氧化硅或其它类型的玻璃。此外，在各种实施例中，电容式温度计110a的最大宽度w是1mm，以及电容式温度计110a的最大高度h是400μm。在其它实施例中，宽度w和高度h可以是任何尺寸。在一些实施例中，高度h在100μm和500μm之间。
图3b示出了膜134的俯视图。根据各种实施例，膜134是由氧化物140包围且耦合到触点148的圆形膜。触点144耦合到膜134下方的传感电极132。在其它实施例中，例如，膜或传感电极可以由任何形状形成，例如正方形或矩形。
图4示出了包括由膜164分离且由电极166密封的腔160和162的另一个实施例电容式温度计110b的截面图。根据各种实施例，腔162形成在基底170中。超压腔室168与腔162流体连通。腔160和162填充有第一流体和第二流体。例如，第一流体可以是氩或任何惰性气体，且第二流体可以是油或酒精。在各种实施例中，第一流体和第二流体可以在腔160或162中。
在各种实施例中，可以选择具有不同热膨胀系数的第一流体和第二流体。在这种实施例中，当在周围环境中温度改变并与电容式温度计110b接触时，腔160和162中的第一和第二流体膨胀或收缩不同的量。第一和第二流体膨胀或收缩的不同的量使得膜164偏转，改变电极166和膜164之间的电容，以及在触点172和174上产生与温度有关的信号。因此，电容式温度计110b的电容是与温度有关的。在其它实施例中，电极182可以形成于基底170中的膜164的下方，以及可以测量电极182和膜164之间的电容变化。触点176可以耦合到电极182。
在各种实施例中，电极166通过图案化结构材料178从膜164分离。例如，结构材料178可以是氧化物或其它结构绝缘物。根据各种实施例，膜164和电极166均由掺杂硅形成，以及基底170是硅基底。在其它实施例中，膜164可以由任何导电可偏转材料形成，以及电极166可以由任何导电或半导电材料形成。触点172、174和176可以由任何导电材料形成，例如金属或掺杂半导体。
在各种实施例中，超压腔室168通过阻挡物180从腔162隔离，但通过限制或阻止超压情况的开口保持流体连通。在一些实施例中，腔160和162是密封的。
图5a和5b示出了包括内部形成有电容式温度计110、电感器108和电阻器106的基底120的实施例半导体系统190的俯视图和截面图。在一些实施例中，绝缘层118形成在基底120的顶部。根据各种实施例，电容式温度计110、电感器108和电阻器106形成如上面图2b所描述的RLC电路。电感器108示出为平面螺旋电感器，并且电阻器106示出蛇形电感器。但是，可以使用现有技术中的任何电感器或电阻器。在各种实施例中，电感器108可以包括在其中心形成的铁氧体磁芯。
根据各种实施例，电感器108或电阻器106的一些形式可以形成为天线。在其它实施例中，可以包括附接到电阻器106或电感器108的分离的天线116。如现有技术所知的，许多半导体元件的组合可以用于形成能够被无线激励的RLC电路。例如，在一些实施例中，可以移除电阻106器，并且电感器108的电阻可以是电阻的主要来源。
图5b显示了包括基底120、绝缘层118和地面114的实施例半导体裸片190的截面图。根据各种实施例，电容式温度计110可以穿过半导体系统190的整个厚度形成。在其它实施例中，电容式温度计110只在半导体系统190的部分厚度中形成。在一些实施例中，电感器108和电阻器106可以形成在绝缘层118或基底120上。绝缘层118可以是氧化物或其它绝缘体。在各种实施例中，用于电容式温度计110的制造顺序包括许多制造步骤，并且设想电感器108、电阻器106或天线116可以在电容式温度计110的制造的中间步骤中形成。在其它实施例中，电感器108、电阻器106或天线118可以在电容式温度计110的制造之前、期间或之后形成在基底120的顶部表面上。在各种实施例中，半导体系统190可以包括单个半导体裸片、印刷电路板(PCB)或片上系统(SoC)。每个元件可以单独形成并附接到单个基底，例如PCB，或者每个部件可以以单个半导体制造顺序形成在单个半导体裸片上。在一些实施例中，半导体系统190可以具有1cm的最大长度和4mm的最大宽度。在更多具体的实施例中，半导体系统190可以具有5mm的最大长度和2mm的最大宽度。可替代地，可以使用其它尺寸。
图6a-6c示出了其它实施例电容式温度计200a、200b和200c的截面图。根据各种实施例，电容式温度计200a、200b和200c是类似于如上面图3a和3b所描述的电容式温度计110a的具体实施例。因此，上述材料、结构和操作也适用于电容式温度计200a、200b和200c。具体地，电容式温度计200a、200b和200c可以均包括由具有不同热膨胀系数的两层204和206形成的膜。例如，层204可以包括多晶硅，并且层206可以包括铝。每个电容式温度计200a、200b和200c包括偏离膜并感测膜偏转的传感电极208。在每种情况下，由于层204和层206的不同热膨胀系数，层204和206以不同速率膨胀，因此膜偏转。传感电极208也可以被称为背板或反电极。电容式温度计200a、200b和200c中的膜和传感电极208设置在基底202上形成的绝缘材料214中。在每个电容式温度计200a、200b或200c中金属化形成触点216、218和220为各种结构。在各种实施例中，每个电容式温度计200a、200b和200c的上面或正面以及下面或背面可以包括密封腔222和224的玻璃层210和212。玻璃层210和212可以通过阻止腔222和224与周围环境的流体连通或传输来密封腔222和224。在这种实施例中，阻止流体连通可以包括限制或阻止听觉信号激励由层204和206形成的膜。
根据各种实施例，图6a所示出的电容式温度计200a包括经过BOSCH过程背面蚀刻以形成较大腔222的蚀刻基底202。图6b所示出的电容式温度计200b包括未经过BOSCH过程背面蚀刻且包括较小腔222的基底202。图6c所示出的电容式温度计200c包括也没有经过BOSCH过程背面蚀刻的基底202。此外，电容式温度计202c包括具有响应于温度改变而偏转的层204和206的悬臂，而不是其它附图所描述的膜。电容式温度计200c可以包括由层204和206形成的单个悬臂。在其它实施例中，例如，电容式温度计200c可以包括层204和206形成的多个悬臂，例如2个或2个以上悬臂。
图7示出了用于本文其它附图所描述的实施例电容式温度计的实施例制造顺序230的框图。通常，制造顺序230应用于如上描述的电容式温度计200a、200b和200c，但是也可以应用于并且或者修改为形成任何实施例电容式温度计。根据各种实施例，制造顺序230包括步骤232-288。
在各种实施例中，步骤232包括提供或准备基底，例如包括基底或半导体基底的晶片。步骤234包括在基底上形成氧化物。在一个实施例中，步骤234中形成的氧化物可以具有400-600nm的厚度。根据各种实施例，形成如本文所描述的层可以包括形成现有技术中的层的各种方法。例如，形成一个层可以包括沉积该层，热生长该层，印刷该层，喷溅该层或蒸发该层，其中如现有技术已知，合适的方法取决于具体的层材料。对于其它示例，在一个实施例中，沉积层可以包括化学气相沉积(CVD)。
在各种实施例中，步骤236包括在步骤234形成的氧化物上形成氮氧化物层。在具体实施例中，氮氧化物层可以具有100至200nm的厚度。步骤238包括形成多晶硅层。多晶硅层可以形成在氧化层上形成的氮氧化物的顶部。多晶硅层可以具有1000至1400nm的厚度。在多晶硅形成之后，步骤240可以包括在多晶硅中注入磷。光刻胶层可以应用在该结构上并在步骤242中光刻图案化。步骤244包括根据步骤242的图案化光刻胶层等离子蚀刻多晶硅层和氮氧化物。等离子蚀刻多晶硅层使多晶硅层形成传感电极或如其它附图所描述的背板。图案化多晶硅传感电极可以包括通风孔并可以形成任何形状的结构。进一步地，例如，氧化物、氮氧化物和多晶硅层可以由如其它附图所述的任何其它材料形成。
例如，步骤246可以包括移除光刻胶和用液体冲洗清理晶片。在各种实施例中，步骤248包括在步骤238、236和234中形成的图案化多晶硅层、氮氧化物层和氧化物层的上面形成另一种氧化物层。步骤248形成的氧化物层可以具有500-2500nm的厚度。步骤250可以包括在步骤248中形成的氧化物层的顶部形成氮化物层和氧化物层。在步骤250中，氮化物层可以具有100至200nm的厚度，且氧化物层可以具有50至70nm的厚度。在各种实施例中，步骤252包括在晶片的背面蚀刻氧化物和氮化物。在各种实施例中，本文所描述的形成氧化物层可以包括使用原硅酸四乙酯(TEOS)来形成氧化物。
根据各种实施例，步骤254包括形成膜层。该膜层在两个实施例中可以是多晶硅或碳化硅。在其它实施例中，例如，膜层可以是本文中参考其它附图所描述的任何其它材料。膜层可以具有100至300nm的厚度。步骤256可以包括注入磷。在步骤258中，光刻胶层可以应用在包括膜层和光刻图案化的结构上。步骤260包括根据步骤258中的图案化光刻胶层执行等离子蚀刻来图案化膜层。在各种实施例中，图案化膜层可以包括具有或没有通风孔的任何形状的膜。在一些具体实施例中，图案化膜层包括至少一个通风孔。在其它实施例中，用一个或多个悬臂图案化膜层。在各种实施例中，膜层在之前的步骤中形成和图案化的传感电极上图案化。例如，在一些实施例中，图案化膜可以包括图6a-6c的层204。步骤262可以包括移除光刻胶和清理晶片。
在各种实施例中，步骤264包括执行背面蚀刻。在步骤264中，背面蚀刻可以移除在前面的步骤中形成在晶片背部上的各种层。步骤266可以包括形成另一个TEOS层，并从TEOS层形成氧化层。在一些实施例中，步骤266中形成的氧化层具有500至2500nm的厚度。在各种实施例中，步骤268包括晶片表面的钝化。晶片表面的钝化可以包括在各种层上面形成氧化物或氮化物。光刻胶层可以应用在包括步骤266中形成的TEOS氧化物层和步骤270中光刻图案化的结构上。根据步骤270中图案化形成的光刻胶，在步骤272中通过等离子蚀刻图案化TEOS氧化物。
根据各种实施例，步骤274包括应用和光刻图案化光刻胶层用于金属化。步骤276可以包括在步骤274中形成的光刻胶层上形成金属化层，以及执行剥离以图案化金属层。在一些实施例中，例如，金属化层包括图6a-6c中的层206。金属化层可以是在传感电极上形成的膜的第二层。在这种实施例中，例如，膜可以包括例如多晶硅的第一层和包括金属化层的第二层。
在各种实施例中，步骤278包括应用光刻胶到晶片的正面和背面，并光刻图案化光刻胶层。在一些实施例中，可以图案化光刻胶来执行BOSCH过程蚀刻。在各种实施例中，可以图案化光刻胶来准备膜释放。步骤280包括通过移除与膜层相邻的氧化物释放膜，膜可以包括多晶硅层和金属层。步骤282包括在步骤280中释放膜后移除光刻胶层和清理晶片。
在各种实施例中，步骤284包括在晶片的背面形成玻璃层以及密封与膜相邻的第一腔。在一些实施例中，与膜相邻的第一和第二腔可以在上述的各种蚀刻和释放步骤中形成，其可以包括BOSCH过程蚀刻。步骤286可以包括切割晶片。在一些实施例中，步骤288包括在晶片的正面上形成玻璃层以及密封与膜相邻的第二腔。
根据各种实施例，步骤232-288可以修改为现有技术。例如，图案化步骤包括可以使用的任何类型的蚀刻步骤替代所描述的光刻图案化光刻胶和等离子蚀刻。可以使用其它材料于所描述的任何氧化物、氮氧化物、多晶硅、金属、碳化硅和其它层。进一步地，形成一个层可以包括现有技术中的各种方法。所描述的具体厚度也可以包括在其它实施例中的具体范围之外的任何其它厚度。本领域技术人员容易理解对于步骤232-288中所描述的过程流程的各种其它改变包括在实施例的范围内。例如，在各种实施例中可以省略、重新排序或引入某些步骤。
图8a和8b示出了显示用于包括单个铝膜层的实施例系统的模拟膜偏转示例绘图。例如，在图8a中，对于每条线图的铝层厚度是变化的，而膜的直径保持为200μm不变。膜的偏转对应铝厚度范围从200nm到700nm以微米-温度(开尔文)绘制。如图所示，铝的较大厚度导致在特定温度的膜的较小偏转。
例如，在图8b中，膜的直径是变化的，而铝层的厚度保持在1μm不变。膜的偏转对应铝厚度范围从200nm到700nm以微米-温度(开尔文)绘制。如图所示，铝的较大直径导致在特定温度的膜的较大偏转。
图9示出了包括步骤302-308用于无线确定温度的实施例操作方法300的框图。根据各种实施例，步骤302包括将电容式温度计至热耦合目标介质。步骤304包括无线地激励RLC电路，其中电容式温度计包括主电容。在步骤304之后，步骤306包括响应于无线激励而无线从RLC电路传输信号。步骤308包括检测来自RLC电路的无线传输信号。在一些实施例中，操作方法300还可以包括基于检测确定介质的温度。在各种实施例中，电容式温度计包括可偏转膜，以及可偏转膜被配置为基于温度偏转。目标介质可以是人类或动物体内的位置。在各种其它实施例中，可以包括其它步骤，以及步骤302-308可以按其它顺序执行。
图10示出了包括第一穿孔传感电极322、第二穿孔传感电极324和可偏转膜326的又一个实施例电容式MEMS温度计320的截面图。根据各种实施例，例如，膜326可以包括由铝和多晶硅或本文上述的其它材料形成的双层。膜326、第一穿孔传感电极322和第二穿孔传感电极324可以在基底330中形成并由玻璃、另一种生物相容材料或其它材料形成的密封层332和334封装。在各种实施例中，膜326、第一穿孔传感电极322和第二穿孔传感电极324可以通过本文上述的镀金属(未示出)耦合到其它电路元件。本文上述的各种实施例和包括制造顺序和材料改变的变型，还可以应用于电容式MEMS温度计320。
根据各种实施例，电路包括了含有可偏转膜和传感电极的电容式微电机系统(MEMS)温度计。在这种实施例中，可偏转膜被配置为基于可偏转膜的温度调节电容值。
在一些实施例中，传感电极是刚性传感电极，可偏转膜和刚性传感电极形成平行板电容，以及电容式MEMS温度计进一步包括具有第一热膨胀系数的第一热材料和具有不同于第一热膨胀系数的第二热膨胀系数的第二热材料。第一和第二热材料被配置为使可偏转膜基于电容式MEMS温度计的温度偏转。在各种实施例中，可偏转膜可以包括第一和第二热材料。
在一些实施例中，电路还可以包括射频(RF)天线和耦合到电容式MEMS温度计的电感性元件。在这种实施例中，温度计被配置为基于电感性元件的电感值和电容值传输RF信号。在各种实施例中，温度计不包括内部电源。可偏转膜可以将第一腔和第二腔分离。在这种实施例中，第一热材料可以在第一腔中，以及第二热材料可以在第二腔中。
在一些实施例中，电容式MEMS温度计还可以包括含有第一热膨胀系数的第一流体的第一腔、所形成的与第一腔相邻并与第一腔分离的超压腔、上覆第一腔和超压腔以刚性传感电极形成的传感电极，含有不同于第一热膨胀系数的第二热膨胀系数的第二流体的第二腔，以及将第一腔和第二腔分离的可偏转膜。传感电极可以被配置为密封第一腔和超压腔的顶部开口，以及第二腔可以与超压腔流体连通。在这种实施例中，电容式MEMS温度计可以在具有电感性元件的相同基底上形成并耦合到该基底。电容式MEMS温度计和电感元件可以被配置在由射频(RF)信号激励时传输与温度有关的信号。
根据各种实施例，无线装置包括射频(RF)电路。RF电路包括电感性元件和耦合到电感性元件的电容器。在这种实施例中，电容器包括具有被配置为与温度的改变成比例地调节电电容的机械可偏转膜的电容式温度计。
在一些实施例中，无线装置被设置为无线地接收所有功率和通信信号。在一个实施例中，无线装置没有内部电源。无线装置还可以包括包围电容式温度计和RF电路的封装。该封装可以包括生物相容材料和可以移植在人类或动物体内的无线装备。
在一些实施例中，射频(RF)电路耦合到无线装置的地面上。在各种实施例中，无线装置具有1cm的最大长度和4mm的最大宽度。电容式温度计可以是微电机系统(MEMS)温度计。在这种实施例中，MEMS温度计可以包括刚性传感电极、与刚性传感电极形成平行板电容的可偏转膜、具有第一热膨胀系数的第一热材料、以及具有与第一热膨胀系数不同的第二热膨胀系数的第二热材料。第一和第二热材料可以被配置为使可偏转膜基于MEMS温度计的温度偏转。在一个实施例中，RF电路被放置在单个半导体基底上。
根据各种实施例，电容式温度计包括第一腔、形成在第一腔下面的第二腔、形成在第二腔下面的第三腔、将第一腔和第二腔分离的可偏转膜、将第二腔和第三腔分离的第一穿孔传感电极、形成在第一腔上且密封第一腔的第一保护层、以及形成在第三腔下方且密封第三腔的第二保护层。在这种实施例中，可偏转膜包括具有第一热膨胀系数的第一材料和具有不同于第一热膨胀系数的第二热膨胀系数的第二材料。可偏转膜包括通风孔，且电极通过分隔距离从膜分离并电容式耦合至膜。
在一些实施例中，电容式温度计形成在具有电感元件的相同的基底上并耦合到基底。电容式温度计和电感元件可以被设置为在被射频(RF)信号激励时传输与温度有关的信号。在一个实施例中，穿孔传感电极被配置为基于温度的改变偏转。
在一些实施例中，电容式温度计还可以包括在于第一穿孔传感电极相反方向从膜分离的第二穿孔传感电极。电容式温度计可以包括电容式微电机系统(MEMS)温度计。在其它实施例中，电容式温度计可以包括在第一、第二和第三腔下方或上方形成的其它腔。
根据各种实施例，无线确定温度的方法包括热耦合电容式温度计至目标介质，无线激励RLC电路，响应于无线激励而从RLC电路无线传输信号，以及检测来自RLC电路的无线传输信号。在这种实施例中，电容式温度计是RLC电路的主电容。
在一些实施例中，方法还包括基于检测确定介质的温度。电容式温度计可以包括被配置为基于温度计偏转的可偏转膜。在一个实施例中，介质是人类或动物体内的位置。
本文所公开的实施例的各种优点包括其可以包括在很多位置而没有外部连接或内部电源或例如大离散电容或电池的功率存储机构的小型无线温度计。实施例温度计可以移植到人类或动物体内或其它不可访问系统内部。一些实施例电容式MEMS温度计可以被用于测量在简单或复杂过程中的化学反应的温度。其它电容式MEMS温度计可以分布在整个油或气管道用于系统监测。可以在例如航空和汽车工业的各种机械系统中使用另一种电容式MEMS温度计用于车辆健康或操作监测。
尽管本发明是参考示例性实施例描述的，该描述并不旨于被解释为限制意义。示例性实施例的各种修改和组合，以及本发明的其它实施例，参考该描述对于本领域技术人员是显而易见的。因此，所附权利要求意在包括任何这种修改或实施例。

Claims (30)

1.一种电路，包括：
包括可偏转膜和传感电极的电容式微电机系统(MEMS)温度计，其中所述可偏转膜被配置为基于所述可偏转膜的温度来调节电容值。
2.根据权利要求1所述的电路，其中：
所述传感电极包括刚性传感电极；
所述可偏转膜与所述刚性传感电极形成平行板电容器；以及
所述电容式MEMS温度计进一步包括：
具有第一热膨胀系数的第一热材料，以及
具有不同于所述第一热膨胀系数的第二热膨胀系数的第二热材料，其中所述第一热材料和所述第二热材料被配置为使所述可偏转膜基于所述电容式MEMS温度计的温度偏转。
3.根据权利要求2所述的电路，其中所述可偏转膜包括所述第一热材料和所述第二热材料。
4.根据权利要求3所述的电路，进一步包括射频(RF)天线和耦合至所述电容式MEMS温度计的电感性元件，其中所述温度计被配置为基于所述电感性元件的电感和所述电容值传输RF信号。
5.根据权利要求4所述的电路，其中所述温度计不包括内部电源。
6.根据权利要求2所述的电路，其中所述可偏转膜将第一腔和第二腔分离，并且其中所述第一热材料在所述第一腔中，以及所述第二热材料在所述第二腔中。
7.根据权利要求1所述的电路，其中所述电容式MEMS温度计进一步包括：
第一腔，所述第一腔包含具有第一热膨胀系数的第一流体；
超压腔，所述超压腔相邻所述第一腔形成并且从所述第一腔分离；
所述传感电极，所述传感电极上覆所述第一腔和所述超压腔形成为刚性传感电极，其中所述传感电极被配置为密封所述超压腔和所述第一腔的顶部开口；
第二腔，所述第二腔包含具有不同于所述第一热膨胀系数的第二热膨胀系数的第二流体，其中所述第二腔与所述超压腔流体连通；以及
所述可偏转膜，所述可偏转膜将所述第一腔和所述第二腔分离。
8.根据权利要求7所述的电路，其中所述电容式MEMS温度计形成在具有电感性元件的相同的基底上并耦合到所述基底。
9.根据权利要求8所述的电路，其中所述电容式MEMS温度计和所述电感性元件被配置为在由射频(RF)信号激励时传输与温度有关的信号。
10.一种无线装置，包括：
射频(RF)电路，所述RF电路包括：
电感性元件；以及
耦合到所述电感性元件的电容器，其中所述电容器包括具有被配置为针对温度中的变化成比例地调节电容值的机械可偏转膜的电容式温度计。
11.根据权利要求10所述的无线装置，其中所述无线装置被配置为无线地接收所有功率和通信信号。
12.根据权利要求10所述的无线装置，其中所述无线装置不包括内部电源。
13.根据权利要求10所述的无线装置，进一步包括包围所述电容式温度计和所述RF电路的封装。
14.根据权利要求13所述的无线装置，其中所述封装包括生物相容性材料和可移植到人类或动物体内的所述无线装置。
15.根据权利要求10所述的无线装置，其中所述射频(RF)电路耦合到所述无线装置的地面。
16.根据权利要求10所述的无线装置，其中所述无线装置具有1cm的最大长度和4mm的最大宽度。
17.根据权利要求10所述的无线装置，其中所述电容式温度计包括微电机系统(MEMS)温度计。
18.根据权利要求17所述的无线装置，其中所述MEMS温度计包括：
刚性传感电极；
所述可偏转膜，所述可偏转膜与所述刚性传感电极形成平行板电容器；
具有第一热膨胀系数的第一热材料；以及
具有不同于所述第一热膨胀系数的第二热膨胀系数的第二热材料，其中所述第一热材料和所述第二热材料被配置为使所述可偏转膜基于所述MEMS温度计的温度偏转。
19.根据权利要求10所述的无线装置，其中所述RF电路设置在单个半导体基底上。
20.一种电容式温度计，包括：
第一腔；
形成在所述第一腔下方的第二腔；
形成在所述第二腔下方的第三腔；
将所述第一腔与所述第二腔分离的所述可偏转膜，所述可偏转膜包括具有第一热膨胀系数的第一材料和具有不同于所述第一热膨胀系数的第二热膨胀系数的第二材料，其中所述可偏转膜包括通风孔；
将所述第二腔与所述第三腔分离的第一穿孔传感电极，其中所述电极通过分隔距离从所述膜分离，并且电容式地耦合至所述膜；
形成在所述第一腔上方并密封所述第一腔的第一保护层；以及
形成在所述第三腔下方并密封所述第三腔的第二保护层。
21.根据权利要求20所述的电容式温度计，其中所述电容式温度计形成在具有电感性元件的相同的基底上并耦合至所述基底。
22.根据权利要求21所述的电容式温度计，其中所述电容式温度计和所述电感性元件被配置为在由射频(RF)信号激励时传输与温度有关的信号。
23.根据权利要求20所述的电容式温度计，其中所述穿孔传感电极被配置为基于温度的改变偏转。
24.根据权利要求20所述的电容式温度计，进一步包括在与所述第一穿孔传感电极相反的方向上从所述膜分离的第二穿孔传感电极。
25.根据权利要求20所述的电容式温度计，其中所述电容式温度计包括电容式微电机系统(MEMS)温度计。
26.根据权利要求20所述的电容式温度计，进一步包括在所述第一腔、所述第二腔和所述第三腔的之下或之上形成的另外的腔。
27.一种无线确定温度的方法，所述方法包括：
将电容式温度计热耦合至目标介质；
无线激励RLC电路，其中所述电容式温度计包括所述RLC电路的主电容；
响应于所述无线激励，从所述RLC电路无线传输信号；以及
检测来自所述RLC电路的无线传输信号。
28.根据权利要求27所述的方法，进一步包括基于所述检测确定所述介质的温度。
29.根据权利要求27所述的方法，其中所述电容式温度计包括可偏转膜、所述可偏转膜被配置为基于温度偏转。
30.根据权利要求27所述的方法，其中所述目标介质是人类或动物的内部位置。
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