CN108120458A - 微制造传感器中的扩展信号路径 - Google Patents
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Abstract
本申请案涉及微制造传感器中的扩展信号路径。微制造传感器(100)包含传感器单元(102)中的第一反射器(122)及第二反射器(124)，所述第一反射器(122)及第二反射器(124)通过穿过所述传感器单元(102)中的传感器腔(114)的腔路径段(126)而分离。信号窗(110)是所述传感器单元(102)的一部分。信号发射器(104)及信号检测器(106)安置在所述传感器腔(114)外。所述信号发射器(104)通过延伸穿过所述信号窗(110)的发射器路径段(125)而与所述第一反射器(122)分离。所述第二反射器(124)通过延伸穿过所述信号窗(110)的检测器路径段(127)而与所述信号检测器(106)分离。
Description
技术领域
本发明涉及微制造传感器的领域。
背景技术
例如微制造原子时钟及微制造原子磁力计等微制造传感器通过使组件垂直地集成而高效地组装。激光信号源通常位于碱蒸气光学腔下方；光学腔具有用于顶板及底板的窗以允许激光穿过。光电检测器位于光学腔上方，使得信号路径垂直地延伸穿过光学腔。此垂直组件集成的缺点是穿过碱蒸气的信号路径由光学腔的顶板与底板之间的单元主体的厚度界定，所述厚度通常为约1毫米，因而不合意地限制来自传感器的信号。另一缺点是微制造传感器的总体高度为不合意地大的，因而通常妨碍在微型或手持式应用中的使用。增加单元主体的厚度的设计使与总体高度相关联的问题加剧。
发明内容
下文呈现简化发明内容，以便提供对本发明的一或多个方面的基本理解。此发明内容并非本发明的扩展性概述，且既不打算识别本发明的关键或紧要元件，也不打算划定其范围。而是，本发明内容的主要目的是以简化形式呈现本发明的一些概念作为稍后所呈现的更详细说明的前言。
一种微制造传感器包含传感器单元、信号发射器及信号检测器。所述传感器单元包含附接到信号窗的单元主体，其中传感器腔至少部分地由所述单元主体及所述信号窗限界。传感器流体材料安置在所述传感器腔中。第一反射器及第二反射器安置在所述传感器单元中、通过穿过所述传感器腔的腔路径段而分离。所述信号发射器及所述信号检测器安置在所述传感器腔外。所述信号发射器通过发射器路径段而与所述第一反射器分离。所述信号检测器通过检测器路径段而与所述第二反射器分离。
附图说明
图1是实例性微制造传感器的横截面。
图2A到图2H是在实例性形成方法的各阶段中所描绘的微制造传感器的传感器单元的横截面。
图3A到图3D是在另一实例性形成方法的各阶段中所描绘的微制造传感器的传感器单元的横截面。
图4A到图4E是在又一实例性形成方法的各阶段中所描绘的微制造传感器的传感器单元的横截面。
图5是另一实例性微制造传感器的横截面。
图6是另一实例性微制造传感器的横截面。
图7是另一实例性微制造传感器的横截面。
图8是另一实例性微制造传感器的横截面。
具体实施方式
参考附图描述本发明。所述各图未按比例绘制且其仅为图解说明本发明而提供。下文参考用于图解说明的实例性应用来描述本发明的数个方面。应理解，陈述众多特定细节、关系及方法以提供对本发明的理解。然而，相关领域的技术人员将容易地认识到，可在不使用所述特定细节中的一或多者或者使用其它方法的情况下实践本发明。在其它例子中，未详细展示众所周知的结构或操作以避免使本发明模糊。本发明不限于动作或事件的所图解说明次序，因为一些动作可以不同次序发生及/或与其它动作或事件同时发生。此外，并非需要所有所图解说明动作或事件来实施根据本发明的方法。
一种微制造传感器包含传感器单元、信号发射器及信号检测器。所述传感器单元包含附接到信号窗的单元主体，其中传感器腔至少部分地由所述单元主体及所述信号窗限界。所述传感器单元可包含与所述信号窗相对地附接到所述单元主体的顶板，使得所述传感器腔由所述单元主体、所述信号窗及所述顶板限界。另一选择为，所述单元主体可与所述信号窗相对地限界所述传感器腔，使得所述传感器腔由所述单元主体及所述信号窗限界。所述传感器腔具有垂直于所述信号窗的内表面的厚度，所述信号窗界定所述传感器腔的边界的一部分。
传感器流体材料安置在所述传感器腔中。所述传感器流体材料可包含所述传感器流体(例如碱金属，可能地为铯)的凝结相。所述传感器流体材料可包含所述传感器流体与惰性材料的化合物。此化合物的实例为叠氮化铯。
第一反射器及第二反射器安置在所述传感器单元中、通过穿过所述传感器腔的腔路径段而分离，所述腔路径段基本上平行于所述信号窗的内表面。所述信号发射器安置在所述传感器腔外，且经配置以通过所述信号窗将信号发射到所述第一反射器。所述信号检测器安置在所述传感器腔外，且经配置以通过所述信号窗接收来自所述第二反射器的信号。所述第一反射器经配置以将来自所述信号发射器的所述信号反射到所述第二反射器。所述第二反射器经配置以将来自所述第一反射器的所述信号反射到所述信号检测器。所述第一反射器与所述第二反射器之间的所述腔路径段大于所述传感器腔的厚度，所述厚度垂直于所述信号窗。将所述信号路径配置为包含位于所述第一反射器与所述第二反射器之间的所述腔路径段，所述腔路径段位于所述传感器腔中，与垂直于所述信号窗的常规信号路径配置相比，此有利地增加了穿过所述传感器腔的所述信号路径的长度。
图1是实例性微制造传感器的横截面。举例来说，微制造传感器100可为微制造原子磁力计或微制造原子时钟。微制造传感器100包含传感器单元102、信号发射器104及信号检测器106。传感器单元102包含附接到信号窗110的单元主体108。在本实例中，传感器单元102进一步包含与信号窗110相对地附接到单元主体108的顶板112。传感器腔114由单元主体108、信号窗110及顶板112围封。传感器流体材料116可安置在传感器腔114中，图1中描绘为呈凝结相的铯金属。传感器腔114在垂直于信号窗110的内表面120的方向上具有小于2毫米的厚度118；内表面120界定传感器腔114的边界的一部分。传感器单元102包含通过传感器腔114中的腔路径段126而分离的第一反射器122及第二反射器124；腔路径段126的长度128大于传感器腔114的厚度118。在本实例中，第一反射器122及第二反射器124由单元主体108的倾斜侧壁提供。任选信号调节元件130可邻近于信号窗110而安置。另一选择为，任选信号调节元件130可集成到信号窗110中。
信号路径132在图1中由虚线描绘。信号路径132包含腔路径段126、发射器路径段125及检测器路径段127。发射器路径段125从信号发射器104穿过信号窗110及信号调节元件130(如果存在)延伸到第一反射器122。检测器路径段127从第二反射器124穿过信号窗110延伸到信号检测器106。具有包含腔路径段126的信号路径132的微制造传感器100的配置可通过提供信号与传感器腔114中的传感器流体的较长相互作用长度而有利地提高性能。
信号发射器104可为光学信号发射器，例如激光器，可能地为垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。另一选择为，信号发射器104可为太赫兹发射器、微波发射器或其它电磁辐射源。其它形式的信号发射器(例如，声信号发射器)在本实例的范围内。信号检测器106可为适用于由信号发射器104提供的信号的光电二极管或其它检测器。信号发射器104及信号检测器106可安置在具有支座结构136的基底支撑结构134上。
信号窗110包含将来自信号发射器104的信号透射到第一反射器122及来自第二反射器124的信号透射到信号检测器106的材料。举例来说，信号窗110可包含光学透明材料，例如玻璃、石英或蓝宝石。信号窗110可进一步包含提供信号窗110的抗反射、粘合及其它性质的一或多个层。举例来说，信号调节元件130可包含四分之一波长圆形偏振元件。
单元主体108可包含适用于传感器单元102的结构完整性的结构材料，例如晶体硅、玻璃或金属。在本实例中，第一反射器122及第二反射器124由传感器腔114中的单元主体108的平坦反射性表面提供。第一反射器122及第二反射器124可相对于信号窗110的内表面120以基本上45°的角度定向以高效地反射信号。第一反射器122及第二反射器124上可安置有涂层以更高效地反射信号。
顶板112可包含为传感器单元102提供结构完整性(包含顶板112与单元主体108之间的接合)的材料(例如玻璃)。顶板112可通过各种工艺中的任一者附接到单元主体108，所述工艺包含阳极接合、焊接、软焊、硬焊或胶合。微制造传感器100可包含用以加热传感器单元102以在操作期间将传感器流体材料116转变为气相的加热器元件。微制造传感器100可包含到信号发射器104及信号检测器106的电连接，例如金属引线。
将信号发射器104及信号检测器106定位在传感器单元102的相同侧上可有利地实现微制造传感器100的经减小总体高度。将传感器单元102配置为具有在第一反射器122与第二反射器124之间延伸的信号路径132可有利地实现信号与传感器流体的所要相互作用长度，同时实现较薄单元主体108，此可进一步实现微制造传感器100的经减小总体高度。例如透镜等光学聚焦元件可任选地安置在信号发射器104与第一反射器122之间以有利地限制信号沿着信号路径132的发散。
图2A到图2H是在实例性形成方法的各阶段中所描绘的微制造传感器的传感器单元的横截面。参考图2A，微制造传感器200的传感器单元202的形成以提供单元主体工件238开始，在本实例中，所述单元主体工件可为单晶硅晶片238或其它单晶半导体晶片。在本实例中，硅晶片238具有用于多个传感器单元202的区。硅晶片238可具有偏离<100>定向约9.7°的晶体定向，此为随后形成的反射器提供用于以45°蚀刻对称表面的所要定向。偏离<100>定向9.7°的晶体定向的偏差是可接受的，只要随后形成的反射器之间的对称性的缺失可接受即可。硅晶片238具有基本上等于随后形成的传感器腔的所要厚度的厚度218。
硬掩模材料层240形成于硅晶片238的前表面242及后表面244上。举例来说，硬掩模材料层240可包含通过热氧化工艺形成于硅晶片238上的100纳米到300纳米厚的二氧化硅子层及通过低压化学气相沉积(LPCVD)工艺形成于二氧化硅子层上的100纳米到300纳米厚的氮化硅子层。在用于硅的常见结晶蚀刻溶液中，氮化硅具有极低蚀刻速率。二氧化硅为氮化硅提供良好粘合层。
光致抗蚀剂掩模246形成于硬掩模材料层240上、在前表面242上方，从而暴露用于传感器单元202的每一区中用于传感器腔的区。举例来说，光致抗蚀剂掩模246可通过光学光刻工艺形成为300纳米到500纳米厚。
参考图2B，在光致抗蚀剂掩模246所暴露的区中从硅晶片238的前表面242移除硬掩模材料层240。硬掩模材料层240中的氮化硅可(举例来说)通过使用氟自由基及氧的等离子体蚀刻工艺(可能地为反应离子蚀刻(RIE)工艺)而移除。硬掩模材料层240中的二氧化硅可随后(举例来说)通过使用氟自由基的不同等离子体蚀刻工艺(还可能地为RIE工艺)而移除。在不使硅晶片238的后表面244上的硬掩模材料层240降级的情况下从前表面242上方移除硬掩模材料层240。
参考图2C，任选地可移除图2B的光致抗蚀剂掩模246以避免干扰后续湿蚀刻工艺。光致抗蚀剂掩模246可(举例来说)通过使用氧自由基的灰化工艺或通过使用有机酸及溶剂的湿移除工艺而移除。移除光致抗蚀剂掩模246之后可接着使用硫酸与过氧化氢的含水混合物进行湿法清洁工艺以移除任何有机残余物。
参考图2D，在经图案化硬掩模材料层240所暴露的区中通过结晶蚀刻工艺248而移除硅晶片238。举例来说，结晶蚀刻工艺248可包含20％到30％氢氧化钾水溶液或pH大于12的四甲基氢氧化铵水溶液。结晶蚀刻工艺248可具有40℃到90℃的温度。结晶蚀刻工艺248在硅晶片238的特定结晶平面(例如<111>平面)上具有极低蚀刻速率，使得在所蚀刻区的侧壁处以所要角度(举例来说45°，如图2D中所指示)形成小面。在本实例中，结晶蚀刻工艺248继续进行到后表面244上的硬掩模材料层240被暴露为止。后表面244上的硬掩模材料层240阻止从硅晶片238、从后表面244移除硅，从而在侧壁处提供从前表面242到后表面244连续的小面。
参考图2E，从硅晶片238移除图2D的硬掩模材料层240。硬掩模材料层240中的氮化硅可(举例来说)在140℃到180℃下通过磷酸水溶液而移除。硬掩模材料层240中的二氧化硅保护硅晶片238免受氮化硅移除工艺。硬掩模材料层240中的二氧化硅可随后通过稀氢氟酸缓冲水溶液而移除。
参考图2F，将硅晶片238在后表面244处附接到顶板晶片250。顶板晶片250可具有基本上等于硅晶片238的直径的直径，从而有利地促进传感器单元202的多个例子的经济形成。在本实例的其中顶板晶片250显现为玻璃晶片的版本中，硅晶片238可通过阳极接合附接到顶板晶片250，所述阳极接合包含相对于顶板晶片250将正电压偏置施加到硅晶片238。将硅晶片238附接到顶板晶片250的其它方法(例如焊接、硬焊或胶合)在本实例的范围内。
参考图2G，将传感器流体材料216放置在顶板晶片250上、在传感器腔214中，所述传感器腔部分地由顶板晶片250及硅晶片238限界。传感器流体材料216可为传感器流体与另一材料的凝结相化合物，从而提供用于将所要量的传感器流体放置到传感器腔214中的更便利形式。举例来说，在使用碱金属(例如铯)作为传感器流体的微制造传感器200的版本中，传感器流体材料216可包含在室温下为固体的叠氮化铯。
在将传感器流体材料216放置在顶板晶片250上之后，信号窗晶片252在前表面242处附接到硅晶片238，从而将传感器流体材料216密封在传感器腔214中。信号窗晶片252可具有基本上等于硅晶片238的直径的直径，从而进一步促进传感器单元202的多个例子的经济形成。信号窗晶片252可通过用于附接顶板晶片250的类似工艺附接到硅晶片238。限界传感器腔214的硅晶片238的倾斜小面提供传感器单元202的第一反射器222及第二反射器224。
参考图2H，将图2G的经组合硅晶片238、顶板晶片250及信号窗晶片252单个化以形成单独传感器单元202。硅晶片238提供传感器单元202的单元主体208。顶板晶片250提供传感器单元的顶板212，且信号窗晶片252提供传感器单元202的信号窗210。硅晶片238、顶板晶片250及信号窗晶片252可(举例来说)通过锯割、机械划片或激光划片而单个化。传感器单元202在组装成微制造传感器200期间可被倒置，以提供类似于图1中所描绘的配置的配置。
图3A到图3D是在另一实例性形成方法的各阶段中所描绘的微制造传感器的传感器单元的横截面。参考图3A，将单元主体工件354定位在模板356上方，在本实例中，所述单元主体工件可为可模制材料的单元主体坯件354。单元主体坯件354可主要包含非晶体材料，例如玻璃、塑料、金属、陶瓷浆料，或能够使用模板356而模制且适合用于形成微制造传感器300的传感器单元302的单元主体的其它材料。模板356可包含金属、陶瓷、玻璃或其它适合模制材料。单元主体坯件354及模板356具有用于至少一个传感器单元302及可能地多个传感器单元302的区，每一传感器单元302为相应微制造传感器300的一部分。模板356具有用以形成传感器单元302的反射器的倾斜面358。模板356具有用以形成每一传感器单元302中的传感器腔的隆起部分360。单元主体坯件354及/或模板356可经加热或以其它方式准备以用于后续模制工艺。
参考图3B，将图3A的单元主体坯件354模制到模板356上以形成单元主体板362。在单元主体板362中复制包含倾斜面358的模板356的表面特征。可将压力施加到单元主体坯件354以增强模板356的表面特征的复制。类似地，可在单元主体坯件354与模板356之间应用真空以增强表面特征的复制。在本实例中，在将单元主体坯件354模制到模板356上之后，单元主体板362在用于传感器单元302的区中保持为无孔的。
参考图3C，将传感器流体材料316放置在单元主体板362上、在每一传感器单元302的传感器腔314中。第一反射器322及第二反射器324安置在每一传感器单元302中、由图3B的模板356的倾斜面358形成。
信号窗板352附接到单元主体板362，从而将传感器流体材料316密封在传感器腔314中。信号窗板352可通过各种方法中的任一者而附接，所述方法包含阳极接合、硬焊、软焊、焊接或胶合。
参考图3D，将图3C的经组合单元主体板362及信号窗晶片352单个化以形成单独传感器单元302。单元主体板362提供传感器单元302的单元主体308。信号窗晶片352提供传感器单元302的信号窗310。每一单元主体308跨越对应传感器腔314与信号窗310相对地延伸，使得传感器腔314由单元主体308及对应信号窗310限界而不具有单独顶板。单元主体板362及信号窗晶片352可被单个化，如参考图2H所描述。
图4A到图4E是在又一实例性形成方法的各阶段中所描绘的微制造传感器的传感器单元的横截面。参考图4A，单元主体工件438具有用于相应微制造传感器400的多个传感器单元402的区，在本实例中，所述单元主体工件可为单晶硅晶片438。硅晶片438可具有提供用于蚀刻随后形成的反射器的表面的所要定向的晶体定向，举例来说，偏离<100>定向约9.7°。在本实例中，硅晶片438具有足以提供包含完整顶板的单元主体的厚度464，举例来说，1.0毫米到2.0毫米。
在硅晶片438的前表面442及后表面444上形成硬掩模440。硬掩模440可具有类似参考图2A所描述的层结构，且可通过类似工艺而形成。硬掩模440的其它结构及形成工艺在本实例的范围内。
参考图4B，在经图案化硬掩模材料层440所暴露的区中通过结晶蚀刻工艺448在前表面442处移除硅晶片438的一部分。结晶蚀刻工艺448从硅晶片438中的传感器腔区414移除硅，使得在经蚀刻区的侧壁处以所要角度形成小面以提供传感器单元402中的反射器。在本实例中，结晶蚀刻工艺448继续进行到达到传感器腔414的所要深度418，沿着后表面444留下硅以提供传感器单元402的集成式单元主体408为止。后表面444上的硬掩模440阻止从硅晶片438、从后表面444移除硅。
参考图4C，从硅晶片438移除图4B的硬掩模440。传感器腔414的倾斜侧壁提供每一传感器单元402中的第一反射器422及第二反射器424。使用图4B的单蚀刻工艺448由单个硅晶片438形成集成式单元主体408可有利地减少每一传感器单元402的制造成本。
参考图4D，在每一传感器单元402中的第一反射器422及第二反射器424上形成电介质层466以提供第一反射器422的第一抗反射涂层468及第二反射器424的第二抗反射涂层470。电介质层466可(举例来说)通过热氧化工艺形成于硅晶片438的前表面442及后表面444上的经暴露硅上，如图4D中所描绘。另一选择为，电介质层466可(举例来说)通过溅镀工艺或蒸发工艺形成于每一传感器单元402中的第一反射器422及第二反射器424上，而不形成于后表面444上。
参考图4E，将传感器流体材料416放置在每一传感器腔414中。随后，信号窗晶片452在前表面442处附接到硅晶片438，从而将传感器流体材料416密封在传感器腔414中。经组合硅晶片438及信号窗晶片452经单个化以形成单独传感器单元402。
图5是另一实例性微制造传感器的横截面。微制造传感器500包含传感器单元502、信号发射器504、信号检测器506及泵发射器572。信号发射器504及泵发射器572两者均可经配置以发射具有类似波长的电磁辐射。举例来说，信号发射器504及泵发射器572两者均可为VCSEL。举例来说，信号检测器506可为固态光电检测器。
传感器单元502包含附接到信号窗510的单元主体508及与信号窗510相对地附接到单元主体508的顶板512。传感器腔514由单元主体508、信号窗510及顶板512围封。传感器单元502的顶板512在图5中描绘为与单元主体508分离以更清晰地展示传感器腔514中的配置。传感器流体材料(图5中未展示)可安置在传感器腔514中，举例来说以气相方式分布遍及传感器腔514。
传感器单元502包含由传感器腔514中的腔路径段526分离的第一反射器522及第二反射器524。腔路径段526为信号路径532的一部分，在图5中用虚线描绘。信号路径532还包含发射器路径段525及检测器路径段527。发射器路径段525从信号发射器504穿过信号窗510延伸到第一反射器522。检测器路径段527从第二反射器524穿过信号窗510延伸到信号检测器506。
在本实例中，传感器单元502包含第三反射器574及泵发射器572。泵路径576(在图5中用虚线描绘)从泵发射器572穿过信号窗510延伸到第三反射器574且从第三反射器574延伸到与传感器腔514中的信号路径532的相交点。微制造传感器500可经配置以阻止由泵发射器572沿着泵路径576发射的泵电磁辐射在所述泵电磁辐射与信号路径532相交之后重新进入传感器腔514。举例来说，传感器单元502可包含安置在传感器单元502外的第四反射器(图5中未展示)，所述第四反射器经配置以通过信号窗510将泵电磁辐射反射到吸收器(图5中未展示)。
光学聚焦元件578(例如透镜)可安置在信号路径532中、(举例来说)在信号发射器504处，以改善由信号检测器506收集的所发射信号的分率。光学聚焦元件578可为附接到信号发射器504的单独元件或可形成为信号发射器504的一部分，举例来说形成为信号发射器504的上部电介质层中的菲涅耳透镜。
在微制造传感器500的操作期间，泵发射器572可将泵电磁辐射发射到第三反射器574及传感器腔514中的信号路径532中，其中泵电磁辐射的至少一部分由传感器流体吸收。吸收泵电磁辐射的传感器流体的原子因此隆起到较高能级，此可通过以下方式增强微制造传感器500的性能：在不具有来自传感器流体的处于较低能级的原子的干扰的情况下，使得来自信号发射器504的信号能够探查处于较高能级的原子，从而在信号检测器506处提供较清洁信号。
第一反射器522、第二反射器524及第三反射器574可具有如本文中的实例中的任一者所揭示的结构。微制造传感器500可包含经配置以将来自第三反射器574的泵电磁辐射反射到传感器腔514外部的吸收器的第四反射器。信号发射器504、信号检测器506及泵发射器572可安置在具有支座结构536的基底支撑结构534上。信号发射器504、信号检测器506及泵发射器572的其它配置(举例来说，直接附接到传感器腔514外部的信号窗510)在本实例的范围内。
图6是另一实例性微制造传感器的横截面。微制造传感器600包含传感器单元602、信号发射器604、信号检测器606及传感器单元602外部的外部反射器680。信号发射器604可为VCSEL或其它适当辐射信号源。举例来说，信号检测器606可为固态光电检测器。举例来说，外部反射器680可包含适用于来自信号发射器604的电磁辐射的金属反射性元件、多层电介质反射性元件或其它反射性元件。
传感器单元602包含附接到信号窗610的集成式单元主体608。在本实例的替代版本中，集成式单元主体608可被附接到顶板的单元主体替换。传感器腔614由单元主体608及信号窗610围封。传感器流体材料(图6中未展示)可安置在传感器腔614中，举例来说以气相方式分布遍及传感器腔614。
传感器单元602包含第一反射器622及第二反射器624。在本实例中，信号路径632(在图6中用虚线描绘)包含发射器路径段625、第一腔路径段626、第一中继路径段629、第二中继路径段631、第二腔路径段633及检测器路径段627。发射器路径段625从信号发射器604穿过信号窗610延伸到第一反射器622。第一腔路径段626在腔614内从第一反射器622延伸到第二反射器624。第一中继路径段629从第二反射器624穿过信号窗610延伸到外部反射器680。第二中继路径段631从外部反射器680穿过信号窗610往回延伸到第二反射器624。第二腔路径段633在腔614内从第二反射器624延伸到第一反射器622。检测器路径段627从第一反射器622穿过信号窗610延伸到信号检测器606。具有外部反射器680的本实例的配置可通过增加传感器腔614中的信号路径632的长度(此由于将信号通过传感器腔614往回反射到信号检测器606而产生)而改善微制造传感器600的性能。
第一反射器622及第二反射器624可具有如本文中的实例中的任一者所揭示的结构。信号发射器604、信号检测器606及外部反射器680可安置在具有支座结构636的基底支撑结构634上。在本实例的一个版本中，信号发射器604及信号检测器606可集成在单个裸片中，从而有利地减小微制造传感器600的组装成本及复杂性。外部反射器680可包含具有铝或电介质层的反射性涂层的衬底。另一选择为，外部反射器680可为形成于基底支撑结构634的一部分上的反射性涂层。信号发射器604、信号检测器606及外部反射器680的其它配置在本实例的范围内。
图7是另一实例性微制造传感器的横截面。微制造传感器700包含传感器单元702、信号发射器704及信号检测器706。传感器单元702包含附接到信号窗710的集成式单元主体708。在本实例的替代版本中，集成式单元主体708可被附接到顶板的单元主体替换。传感器腔714由集成式单元主体708及信号窗710围封。传感器流体材料(图7中未展示)可安置在传感器腔714中，举例来说以气相方式分布遍及传感器腔714。
传感器单元702包含由传感器腔714中的信号路径732的腔路径段726分离的第一反射器722及第二反射器724。信号路径732在图7中用虚线描绘。在本实例中，第一反射器722及第二反射器724为离散组件。举例来说，第一反射器722及第二反射器724可为棱镜反射器，如图7中所描绘。交替地，第一反射器722及第二反射器724可为平坦反射器，例如第一表面反射器。第一反射器722及第二反射器724的其它离散反射器在本实例的范围内。第一反射器722及第二反射器724可通过适合方法(例如，光学透明粘合剂)附接到信号窗710，如图7中所描绘。交替地，第一反射器722及第二反射器724可附接到集成式单元主体708。用于定位传感器单元702中的第一反射器722及第二反射器724的其它手段在本实例的范围内。使第一反射器722及第二反射器724作为离散组件可有利地实现光学性能的所要水平，且独立地实现用以形成集成式单元主体708的低成本方法。信号发射器704及信号检测器706可根据本文中所揭示的实例中的任一者而配置。信号发射器704及信号检测器706可安置在具有支座结构736的基底支撑结构734上。信号发射器704及信号检测器706的其它配置在本实例的范围内。
图8是另一实例性微制造传感器的横截面。微制造传感器800包含传感器单元802、第一信号发射器804、第一信号检测器806、第二信号发射器880及第二信号检测器882。第一信号发射器804及第二信号发射器880两者均可经配置以发射具有类似或相等波长的电磁辐射。举例来说，第一信号发射器804及第二信号发射器880两者均可为VCSEL。举例来说，第一信号检测器806及第二信号检测器882可为固态光电检测器。
传感器单元802包含附接到信号窗810的单元主体808及与信号窗810相对地附接到单元主体808的顶板812。传感器腔814由单元主体808、信号窗810及顶板812围封。传感器单元802的顶板812在图8中描绘为与单元主体808分离，以更清晰地展示传感器腔814中的配置。传感器流体材料(图8中未展示)可安置在传感器腔814中，举例来说以气相方式分布遍及传感器腔814。
传感器单元802包含由传感器腔814中的第一腔路径段826分离的第一反射器822及第二反射器824。第一腔路径段826是第一信号路径832的一部分，所述第一信号路径从第一信号发射器804穿过腔814延伸到第一信号检测器806。第一信号路径832在图8中用虚线描绘。
在本实例中，传感器单元802进一步包含由传感器腔814中的第二腔路径段835分离的第三反射器884及第四反射器886。第二腔路径段835是第二信号路径888的一部分，所述第二信号路径从第二信号发射器880穿过腔814延伸到第二信号检测器882。第二信号路径888在图8中由虚线描绘。
在本实例的一个版本中，第二信号路径888可与传感器腔814中的第一信号路径832相交，如图8中所描绘。在另一版本中，第三反射器884可为第一反射器822的扩展，且第四反射器886可为第二反射器824的扩展，使得第二信号路径888可基本上平行于传感器腔814中的第一信号路径832。在微制造传感器800的操作期间，第二信号发射器880及第二信号检测器882可独立于第一信号发射器804及第一信号检测器806而操作，或与第一信号发射器804及第一信号检测器806组合地操作，以增强微制造传感器800的性能。
第一反射器822、第二反射器824、第三反射器884及第四反射器886可具有如本文中的实例中的任一者所揭示的结构。第一信号发射器804、第一信号检测器806、第二信号发射器880及第二信号检测器882可安置在具有支座结构836的基底支撑结构834上。
虽然上文已描述本发明的各种实施例，但应理解，所述实施例仅通过实例而非限制的方式呈现。可在不背离本发明的精神或范围的情况下，根据本文中的揭示内容对所揭示实施例做出众多改变。因此，本发明的广度及范围不应受上文所描述的实施例中的任一者限制。而是，本发明的范围应根据所附权利要求书及其等效形式来定义。
Claims (20)
1.一种微制造传感器，其包括：
传感器单元，其包括：
单元主体；
信号窗，其附接到所述单元主体，其中所述单元主体及所述信号窗至少部分地围封传感器腔；
第一反射器；及
第二反射器，其通过位于所述传感器腔中的腔路径段而与所述第一反射器分离；
信号发射器，其安置在所述传感器腔外且通过延伸穿过所述信号窗的发射器路径段而与所述第一反射器分离；及
信号检测器，其安置在所述传感器腔外且通过延伸穿过所述信号窗的检测器路径段而与所述第二反射器分离。
2.根据权利要求1所述的微制造传感器，其中：
所述单元主体包括单晶硅；
所述第一反射器由所述单元主体的第一结晶平面界定；且
所述第二反射器由所述单元主体的第二结晶平面界定。
3.根据权利要求2所述的微制造传感器，其中：
所述单元主体具有偏离<100>定向约9.7°的晶体定向；
所述第一反射器由所述单元主体的第一<111>结晶平面界定；
所述第一反射器与所述信号窗成约45°的角度；且
所述第二反射器由所述单元主体的第二<111>结晶平面界定；且
所述第二反射器与所述信号窗成约45°的角度。
4.根据权利要求1所述的微制造传感器，其中所述传感器单元在所述传感器腔中包括铯。
5.根据权利要求1所述的微制造传感器，其进一步包括安置在所述信号发射器与所述传感器腔之间的四分之一波长圆形偏振器。
6.根据权利要求1所述的微制造传感器，其进一步包括安置在所述传感器腔外的泵发射器，且其中所述传感器单元进一步包括第三反射器，其中所述泵发射器通过泵路径的与所述腔路径段相交的泵路径段而与所述第三反射器分离。
7.根据权利要求1所述的微制造传感器，其进一步包括安置在所述信号发射器与所述第一反射器之间的光学聚焦元件。
8.根据权利要求1所述的微制造传感器，其中所述传感器单元包括与所述信号窗相对地附接到所述单元主体的顶板。
9.根据权利要求1所述的微制造传感器，其中所述传感器主体跨越所述传感器腔与所述信号窗相对地延伸，使得所述传感器腔由所述单元主体及所述信号窗限界。
10.根据权利要求1所述的微制造传感器，其中所述第一反射器包括第一涂层，且所述第二反射器包括第二涂层。
11.根据权利要求1所述的微制造传感器，其中：
所述腔路径段是第一腔路径段，且所述传感器单元进一步包括：
第三反射器；及
第四反射器，其通过位于所述传感器腔中的第二腔路径段而与所述第三反射器分离；
所述信号发射器是第一信号发射器，所述发射器路径段是第一发射器路径段，且所述微制造传感器进一步包括第二信号发射器，所述第二信号发射器安置在所述传感器腔外且通过延伸穿过所述信号窗的第二发射器路径段而与所述第三反射器分离；且
所述信号检测器是第一信号检测器，所述检测器路径段是第一检测器路径段，且所述微制造传感器进一步包括第二信号检测器，所述第二信号检测器安置在所述传感器腔外且通过延伸穿过所述信号窗的第二检测器路径段而与所述第四反射器分离。
12.一种形成微制造传感器的方法，其包括：
形成传感器单元的单元主体，其包括：
形成具有用于传感器腔的区域的单元主体，所述传感器腔不具有所述单元主体的材料；
形成第一反射器；及
形成第二反射器，所述第二反射器通过位于所述传感器腔中的腔路径段而与所述第一反射器分离；
将所述传感器单元的信号窗附接到所述单元主体，其中所述单元主体及所述信号窗至少部分地围封所述传感器腔；
形成位于所述传感器腔外的信号发射器，其中所述信号发射器通过延伸穿过所述信号窗的发射器路径段而与所述第一反射器分离；及
形成位于所述传感器腔外的信号检测器，其中所述信号检测器通过延伸穿过所述信号窗的检测器路径段而与所述第二反射器分离。
13.根据权利要求12所述的方法，其中形成所述单元主体包括：
提供单晶硅晶片；
在所述单晶硅晶片上形成蚀刻掩模；及
使用结晶蚀刻工艺在所述蚀刻掩模所暴露的区中从所述单晶硅晶片移除硅。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述单晶硅晶片具有偏离<100>晶体定向约9.7°的晶体定向。
15.根据权利要求13所述的方法，其中从所述单晶硅晶片移除硅持续进行到用于所述传感器腔的所述区域延伸穿过所述单晶硅晶片为止。
16.根据权利要求13所述的方法，其中从所述单晶硅晶片移除硅经执行以留下跨越用于所述传感器腔的所述区域延伸的所述单晶硅晶片的硅。
17.根据权利要求12所述的方法，其中形成所述单元主体进一步包括将顶板附接到所述单元主体，其中所述顶板与所述信号窗相对地定位。
18.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括将传感器流体材料放置在所述传感器腔中。
19.根据权利要求12所述的方法，其中形成所述第一反射器包括形成第一涂层，且形成所述第二反射器包括形成第二涂层。
20.一种微制造传感器，其包括：
传感器单元，其包括：
单元主体；
信号窗，其附接到所述单元主体，其中所述单元主体及所述信号窗至少部分地围封传感器腔；
第一反射器；及
第二反射器，其通过位于所述传感器腔中的腔路径段而与所述第一反射器分离；
信号发射器，其安置在所述传感器腔外且通过延伸穿过所述信号窗的发射器路径段而与所述第一反射器分离；
信号检测器，其安置在所述传感器腔外且通过延伸穿过所述信号窗的检测器路径段而与所述第一反射器分离；及
外部反射器，其安置在所述传感器腔外且通过延伸穿过所述信号窗的中继路径段而与所述第二反射器分离。
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