CN106813814B - 一种基于mems终端式微波功率传感器结构的压力传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于MEMS终端式微波功率传感器结构的压力传感器，该压力传感器包括感知压力的腔体薄膜(1)和设置在腔体薄膜(1)表面的终端式微波功率传感器(2)；其中，终端式微波功率传感器(2)包括并联的第一匹配电阻(2a1)、第二匹配电阻(2a2)、共面波导信号线(2b1)、第一共面波导地线(2b2)、第二共面波导地线(2b3)和热电堆(2c)；第一共面波导地线(2b2)和第二共面波导地线(2b3)分别设置在共面波导信号线(2b1)两侧且相距一定距离。本发明可以实现压力的测量。

Description

一种基于MEMS终端式微波功率传感器结构的压力传感器
技术领域
本发明是一种基于MEMS终端式微波功率传感器结构的压力传感器，属于微电子器件技术领域。
背景技术
压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。近年来，压力传感器的发展越来越趋向于微型化。微压力传感器是采用半导体材料和MEMS工艺制造的新型压力传感器。与传统压力传感器比拟，微压力传感用具有精度高、敏捷度高、动态特性好、体积小、耐侵蚀、成本低等长处。近年来，我国物联网取得了长足发展，而传感器作为物联网中的必要组成部分，也必将得到进一步推广和应用，在这样的形势下，开展压力传感器产业化方面的工作是非常有意义的。
因此，本发明是基于MEMS终端式微波功率传感器结构的压力传感器，当腔体薄膜所受压力发生变化时，腔体薄膜发生形变，薄膜内应力改变，由于压阻效应导致匹配电阻的阻值发生变化，从而产生失配，导致一部分微波功率发生反射，这会使得热电堆输出的热电势发生改变，从而实现压力的测量。相比而言，基于MEMS终端式微波功率传感器结构的压力传感器具有以下主要特点：一、MEMS终端式微波功率传感器的具有压阻效应的匹配电阻阻值改变对微波功率的反射非常敏感，因此可以提高灵敏度；二、该压力传感器为电压输出，相较于传统压力传感器的电容或电阻变化量的输出更易于测量；三、该压力传感器结构简单、体积小、且消耗的功率低，可以实现高可靠、微型化和低功耗的应用需求；四、该压力传感器的制作无需特殊的材料并且与Si或GaAs工艺完全兼容。
基于以上MEMS终端式微波功率传感器结构的压力传感器特点，很明显的可以看出本发明与传统的压力传感器相比提高了灵敏度，输出测量更加简易，并具有结构简单、体积小、功耗低的特点。本发明结构与Si或GaAs工艺兼容，具有高重复性、低生产成本等优点，很好的满足了集成电路对器件的基本要求。因此，基于MEMS终端式微波功率传感器结构的压力传感器具有较好的应用价值和广阔的市场潜力。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种基于MEMS终端式微波功率传感器结构的压力传感器，该压力传感器利用腔体薄膜感应压力的变化，通过压力变化时腔体薄膜发生形变，薄膜内应力改变，使得由于压阻效应导致匹配电阻的阻值发生变化，从而产生失配，导致一部分微波功率发生反射，这会使得热电堆输出的热电势发生改变，从而实现压力的测量。采用该结构可以实现高灵敏度、电压输出和低功耗，并且能与Si或GaAs工艺相兼容，解决在材料、工艺、可靠性、可重复性和生产成本等诸多方面的问题，从而为实现基于MEMS终端式微波功率传感器结构的压力传感器在工业自控领域中的产业化应用提供了支持和保证。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于MEMS终端式微波功率传感器结构的压力传感器，该压力传感器包括感知压力的腔体薄膜和设置在腔体薄膜表面的终端式微波功率传感器；其中，终端式微波功率传感器包括并联的第一匹配电阻、第二匹配电阻、共面波导信号线、第一共面波导地线、第二共面波导地线和热电堆；
第一共面波导地线和第二共面波导地线分别设置在共面波导信号线两侧且相距一定距离；第一匹配电阻布置在共面波导信号线和第一共面波导地线之间，第二匹配电阻布置在共面波导信号线和第二共面波导地线之间；热电堆设置在共面波导信号线相对的位置且与其相距一定距离；
当外界压力发生变化时，造成腔体薄膜发生形变，导致薄膜内应力改变，使得第一匹配电阻、第二匹配电阻由于压阻效应阻值发生变化。
有益效果：近年来，压力传感器的发展越来越趋向于微型化，本发明是基于MEMS终端式微波功率传感器结构的压力传感器，当腔体薄膜所受压力发生变化时，腔体薄膜发生形变，薄膜内应力改变，由于压阻效应导致匹配电阻的阻值发生变化，从而产生失配，导致一部分微波功率发生反射，这会使得热电堆输出的热电势发生改变，从而实现压力的测量。该压力传感器具有高的灵敏度，且通过电压输出易于测量，极大拓展了压力传感器的实际适用性。同时，基于MEMS终端式微波功率传感器结构的压力传感器具有结构简单、体积小、功耗低、可靠性高等诸多优点。
附图说明
图1是基于MEMS终端式微波功率传感器结构的压力传感器俯视图。
其中有：腔体薄膜1、终端式微波功率传感器2、第一匹配电阻2a1、第二匹配电阻2a2、共面波导信号线2b1、第一共面波导地线2b2、第二共面波导地线2b3和热电堆2c。
图2是基于MEMS终端式微波功率传感器结构的压力传感器剖面图。
其中有：腔体薄膜1、第一匹配电阻2a1、第二匹配电阻2a2、共面波导信号线2b1、第一共面波导地线2b2、第二共面波导地线2b3和腔体3。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，本发明提供了一种基于MEMS终端式微波功率传感器结构的压力传感器，该压力传感器包括感知压力的腔体薄膜1和设置在腔体薄膜1表面的终端式微波功率传感器2；其中，终端式微波功率传感器2包括并联的第一匹配电阻2a1、第二匹配电阻2a2、共面波导信号线2b1、第一共面波导地线2b2、第二共面波导地线2b3和热电堆2c；
第一共面波导地线2b2和第二共面波导地线2b3分别设置在共面波导信号线2b1两侧且相距一定距离；第一匹配电阻2a1布置在共面波导信号线2b1和第一共面波导地线2b2之间，第二匹配电阻2a2布置在共面波导信号线2b1和第二共面波导地线2b3之间；热电堆2c设置在共面波导信号线2b1相对的位置且与其相距一定距离；
当外界压力发生变化时，造成腔体薄膜1发生形变，导致薄膜1内应力改变，使得第一匹配电阻2a1、第二匹配电阻2a2由于压阻效应阻值发生变化。微波功率在得第一匹配电阻2a1、第二匹配电阻2a2上被消耗并产生热量，造成得第一匹配电阻2a1、第二匹配电阻2a2周围的温度变化，热电堆2c感应这种温度变化并输出热电势，通过对输出热电势加以测量，从而实现压力的测量。
微波功率在电阻上被消耗并产生热量，造成电阻周围的温度变化，热电堆感应这种温度变化并输出热电势，通过对输出热电势加以测量，从而得出微波功率的大小；当外界压力发生变化时，造成腔体薄膜发生形变，导致薄膜内应力改变，由于压阻效应改变了匹配电阻的阻值，而这会产生失配，从而导致一部分微波功率发生反射，最终使得热电堆输出的热电势发生改变，从而实现压力的测量。
本发明中基于MEMS终端式微波功率传感器结构的压力传感器不同于传统的压力传感器，该压力传感器具有以下主要特点：一、MEMS终端式微波功率传感器的具有压阻效应的匹配电阻阻值改变对微波功率的反射非常敏感，因此可以提高灵敏度；二、该压力传感器为电压输出，相较于传统压力传感器的电容或电阻变化量的输出更易于测量；三、该压力传感器结构简单、体积小、且消耗的功率低，可以实现高可靠、微型化和低功耗的应用需求；四、该压力传感器的制作无需特殊的材料并且与Si或GaAs工艺完全兼容。
区分是否为该结构的标准如下：
(a)采用MEMS终端式微波功率传感器结构，
(b)采用腔体薄膜感应压力变化，
(c)采用具有压阻效应的匹配电阻结构感应腔体薄膜的应力变化。
满足以上三个条件的结构即应视为该结构的压力传感器。
该压力传感器结构简单，整个传感器通过微电子加工工艺，结构尺寸的精度可以达到较高水平，体积大幅缩小，有利于实现传感器的小型化；该压力传感器选用腔体薄膜来感应压力的变化，通过具有压阻效应的匹配电阻变化实现压力测量，灵敏度高。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于MEMS终端式微波功率传感器结构的压力传感器，其特征在于，该压力传感器包括感知压力的腔体薄膜(1)和设置在所述腔体薄膜(1)表面的终端式微波功率传感器(2)；其中，所述终端式微波功率传感器(2)包括并联的第一匹配电阻(2a1)、第二匹配电阻(2a2)、共面波导信号线(2b1)、第一共面波导地线(2b2)、第二共面波导地线(2b3)和热电堆(2c)；
所述第一共面波导地线(2b2)和所述第二共面波导地线(2b3)分别设置在所述共面波导信号线(2b1)两侧且相距一定距离；所述第一匹配电阻(2a1)布置在所述共面波导信号线(2b1)和所述第一共面波导地线(2b2)之间，所述第二匹配电阻(2a2)布置在所述共面波导信号线(2b1)和所述第二共面波导地线(2b3)之间；所述热电堆(2c)设置在所述共面波导信号线(2b1)相对的位置且与其相距一定距离；
当外界压力发生变化时，造成腔体薄膜发生形变，导致薄膜内应力改变，由于压阻效应改变了匹配电阻的阻值，而这会产生失配，从而导致一部分微波功率发生反射，最终使得热电堆输出的热电势发生改变，从而实现压力的测量。
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