CN109374158A - 一种压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种压力传感器。该压力传感器包括：衬底；设置于所述衬底表面的单晶硅层；以及设置于所述单晶硅层表面的压感电阻、加热单元、测温单元和控制单元，所述控制单元分别与所述加热单元和所述测温单元电连接；所述加热单元设置于所述压感电阻周边。本发明实施例的方案提高了压力传感器的压力检测精度，降低了生产成本。

Description

一种压力传感器

技术领域

本发明实施例涉及压力检测技术，尤其涉及一种压力传感器。

背景技术

硅压阻压力传感器的原理是利用单晶硅材料的压阻效应制成，是目前应用最为广泛的一种压力传感器，其具有灵敏度高、动态响应快、测量精度高、稳定性好、工作温度范围宽、易于小型微型化、便于批量生产以及使用方便等优点。

硅压阻压力传感器会受到温度的影响，导致零点电压和灵敏度会随温度的变化而产生漂移，因此现有的硅压阻压力传感器都需要进行温度补偿，温度补偿需要长达数小时，造成硅压阻压力传感器成本升高。

发明内容

本发明提供一种压力传感器，以实现提高压力传感器的压力检测精度，降低生产成本。

本发明实施例提供了一种压力传感器，该压力传感器包括：

衬底；

设置于所述衬底表面的单晶硅层；

以及设置于所述单晶硅层表面的压感电阻、加热单元、测温单元和控制单元，所述控制单元分别与所述加热单元和所述测温单元电连接；所述加热单元设置于所述压感电阻周边。

可选的，所述衬底远离所述单晶硅层的表面设置有凹槽或者所述衬底邻近所述单晶硅层的表面设置有凹槽；

所述单晶硅层包括第一区域以及围绕所述第一区域的第二区域，所述第一区域与所述衬底设置有凹槽的区域对应；

所述压感电阻至少部分设置于所述单晶硅层的所述第一区域；所述测温单元和所述控制单元设置于所述单晶硅层的所述第二区域。

可选的，所述压力传感器包括多个压感电阻，每一所述压感电阻对应一加热单元。

可选的，所述压力传感器包括四个压感电阻，所述第一区域的形状为矩形，每一所述压感电阻分别设置于所述第一区域的一个边。

可选的，所述加热单元的形状为U型，所述加热单元环绕所述压感电阻，且所述U型的开口朝向所述压感电阻最邻近的所述第一区域的边。

可选的，所述压力传感器包括多个压感电阻，所述多个压感电阻均设置于所述第一区域的同一边；

所述加热单元环绕所述多个压感电阻。

可选的，所述压力传感器包括四个压感电阻，所述四个压感电阻围成一矩形，所述加热单元包括四个边，每一边对应一压感电阻，且与对应的压感电阻平行设置。

可选的，所述加热单元与所述压感电阻之间的距离为0.5微米-1微米。

可选的，所述压力传感器还包括：

检测电极和保护层；

所述检测电极与所述压感电阻电连接；

所述保护层覆盖所述压感电阻、所述加热单元、所述测温单元和所述控制单元。

可选的，所述衬底的形状为正方形，所述衬底的边长为1毫米-2毫米；

所述第一区域的形状为正方形，所述第一区域的边长为0.5毫米-1毫米。

本发明实施例的压力传感器通过设置加热单元、测温单元和控制单元，实现了对压感电阻的实时温度调节，使压感电阻始终保持在相同的温度下，保证了压力传感器具有较高的压力检测精度，且无需在传感器制作完成后进行温度补偿，降低了压力传感器的制作成本。并且本实施例将加热单元、测温单元与压感电阻设置于同一膜层，且加热单元设置于压感电阻的周边，使得测温单元检测的温度更接近压感电阻所处的温度，且加热单元对压感电阻的温度控制更加精确，进一步提高了压感传感器的压力检测精度和稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种压力传感器的俯视示意图；

图2是图1中压力传感器沿剖面线AA的剖面示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种压力传感器的剖面示意图；

图4是本发明实施例提供的又一种压力传感器的俯视示意图；

图5是本发明实施例提供的另一种压力传感器的俯视示意图；

图6是本发明实施例提供的又一种压力传感器的剖面图；

图7是本发明实施例提供的再一种压力传感器的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本实施例提供了一种压力传感器，图1是本发明实施例提供的一种压力传感器的俯视示意图，图2是图1中压力传感器沿剖面线AA的剖面示意图，参考图1和图2，该传感器包括：

衬底10；

设置于衬底10表面的单晶硅层20；

以及设置于单晶硅层20表面的压感电阻30、加热单元40、测温单元50和控制单元60，控制单元60分别与加热单元40和测温单元50电连接；加热单元40设置于压感电阻30周边。

其中，衬底10可以为硅衬底，压感电阻30可以为硅压阻条，当有压力施加到压力传感器时，压感电阻30发生形变，其阻值发生变化，通过检测阻值变化可以得到压力的大小。示例性的，压力传感器可以包括多个压感电阻30，多个压感电阻30组成惠斯通电桥，通过检测电桥输出端的电压或电流变化检测压力的大小。加热单元40可以为方块电阻，示例性的为硅电阻。

测温单元50实时检测感压电阻30周围的温度，并将该温度发送到控制单元60，控制单元60根据该温度改变加热电源两端的电压差，从而改变加热单元40产生的热量，使压感电阻30附近的温度一直保持稳定，提高压感电阻30的压力检测精度。

本实施例的压力传感器通过设置加热单元、测温单元和控制单元，实现了对压感电阻的实时温度调节，使压感电阻始终保持在相同的温度下，保证了压力传感器具有较高的压力检测精度，且无需在传感器制作完成后进行温度补偿，降低了压力传感器的制作成本。并且本实施例将加热单元、测温单元与压感电阻均设置于单晶硅层表面，且加热单元设置于压感电阻的周边，使得测温单元检测的温度更接近压感电阻所处的温度，且加热单元对压感电阻的温度控制更加精确，进一步提高了压感传感器的压力检测精度。

需要说明的是，压感电阻30以及加热单元40可以通过对单晶硅层20的部分区域进行掺杂形成，也可以采用其他形式形成，本实施例并不做具体限定。示例性的，对单晶硅层20的部分区域进行P型重掺杂形成压感电阻30。

图3是本发明实施例提供的另一种压力传感器的剖面示意图，可选的，参考图2和图3，衬底10远离单晶硅层20的表面设置有凹槽11或者衬底10邻近单晶硅层20的表面设置有凹槽11；

单晶硅层20包括第一区域21以及围绕第一区域21的第二区域22，第一区域21与衬底10设置有凹槽11的区域对应；

压感电阻30至少部分设置于单晶硅层20的第一区域21；测温单元50和控制单元60设置于单晶硅层50的第二区域22。

具体的，参考图2，当衬底10的厚度太厚时，不利于感压电阻30的形变，当衬底10太薄时，使得压力传感器的结构强度较低。通过在衬底10上设置凹槽11，压感电阻30和加热单元40设置于与凹槽11对应的第一区域21，即压感电阻30设置于衬底10较薄的区域，当外界压力变化时，衬底10较薄的区域较易发生形变，压感电阻30与衬底10一同发生形变，使其具有较高的压力检测灵敏度。通过将测温单元50设置于第二区域22，避免第一区域21的器件太多，影响对压力的感测灵敏度。

参考图3，还可以在衬底10邻近单晶硅层20的表面设置凹槽11，使得单晶硅层20与衬底10之间形成空腔，当外界压力变化时，在空腔处单晶硅层20发生形变，压感电阻30与单晶硅层20一同发生形变。

此外，压感电阻30至少部分设置于第一区域21，即压感电阻30可以全部位于第一区域21，也可以部分位于第一区域21，以保证第一区域21发生形变时压感电阻30能够一同发生形变。加热单元40可以位于第一区域21也可以位于第二区域22，只要加热单元40位于压感电阻30周边，可以对压感电阻30较快的进行加热即可。

可选的，继续参考图1，所述压力传感器包括多个压感电阻30，每一压感电阻30对应一加热单元40。

具体的，通过对每一压感电阻30设置一加热单元40，使得每一压感电阻30的温度控制精度更好，保证了每一压感电阻30始终处于相同的温度，提高了压力检测精度。

可选的，参考图1，压力传感器包括四个压感电阻30，第一区域21的形状为矩形，每一压感电阻30分别设置于第一区域21的一个边。

具体的，四个压感电阻30组成惠斯通电桥，相对的两个压感电阻30对称设置。

可选的，参考图1，加热单元40的形状为U型，加热单元40环绕压感电阻30，且U型的开口朝向压感电阻30最邻近的第一区域21的边。

具体的，通过将加热单元40设置为U型，且环绕压感电阻30，使得加热单元40可以对压感电阻30的各个侧面进行加热，使得压感电阻30可以迅速的达到设定温度，提高了温度调节速度，进一步保证了压感电阻30始终处于相同温度，提高了压力检测精度。

另外，通过将加热单元40设置为U型，即三面环绕压感电阻30，可以避免加热单元40完全包围压感电阻30，影响压感电阻30感应压力变化时的形变量，保证了压感电组30的压力检测灵敏度。

需要说明的是，本实施例仅示例性的示出了测温单元50的个数和位置，并非对本发明的限定。当压力传感器包括多个压感电阻30时，可以设置多个测温单元50，每一压感电阻30可以对应一测温单元50，测温单元50设置于与对应的压感电阻30最邻近的第二区域。

图4是本发明实施例提供的又一种压力传感器的俯视示意图，示例性的，参考图4，当四个压感电阻30分别设置于第一区域21的一个边时，可以将四个测温单元50分别设置于第二区域22中与第一区域21各边对应的区域。

图5是本发明实施例提供的另一种压力传感器的俯视示意图，可选的，参考图5，压力传感器包括多个压感电阻30，多个压感电阻30均设置于第一区域21的同一边；

加热单元40环绕多个压感电阻30。

具体的，通过将多个压感电阻30放置于一处可以降低压感电阻30之间由于生产工艺造成的性能差异，保证多个压感电阻30性能的均一性，从而提高了压力检测精度。另外，通过将多个压感电阻30放置于一处，多个压感电阻30的温度变化更加接近，且可以同时对多个压感电阻30进行加热，使得温度控制精度更高。另外，参考图5，测温单元50可以设置于多个压感电阻30所在的边，使测温单元50更邻近多个压感电阻30，提高温度检测精度。

可选的，参考图5，压力传感器包括四个压感电阻30，四个压感电阻30围成一矩形，加热单元40包括四个边，每一边对应一压感电阻30，且与对应的压感电阻30平行设置。

具体的，四个压感电阻30组成惠斯通电桥，通过设置加热单元40的每一边对应一压感电阻30，且与对应的压感电阻30平行，使得加热单元40同时对四个压感电阻30加热，且每一压感电阻30的受热面积相同，保证了对四个压感电阻30加热的均匀性。

可选的，加热单元40与压感电阻30之间的距离为0.5微米-1微米。

这样设置，使得加热单元40与压感电阻30之间距离较近，可以迅速的对压感电阻30进行加热，提升温度调节速率，且可以降低加工工艺难度，进一步降低生产成本。

图6是本发明实施例提供的又一种压力传感器的剖面图，图7是本发明实施例提供的再一种压力传感器的剖面图，可选的，参考图6和图7，压力传感器还包括：

检测电极70和保护层80；

检测电极70与压感电阻30电连接；

保护层80覆盖压感电阻30、加热单元40、测温单元50和控制单元60。

其中，保护层80为绝缘层，示例性的可以为氧化硅或氮化硅薄膜，用于对压感电阻30、加热单元40、测温单元50和控制单元60进行保护，避免外力破坏，且避免外部信号对压感电阻30产生干扰。检测电极70用于输出压力检测信号，检测电极70可以设置于压感电阻30远离单晶硅层20的表面。

可选的，衬底10的形状为正方形，衬底的边长为1毫米-2毫米；

第一区域21的形状为正方形，第一区域的边长为0.5毫米-1毫米。

具体的，通过设置第一区域21和衬底10的形状为正方形，使得外力施加到压力传感器时，第一区域21各个边的形变量比较均匀，有利于提高检测精度。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种压力传感器，其特征在于，包括：

衬底；

设置于所述衬底表面的单晶硅层；

以及设置于所述单晶硅层表面的压感电阻、加热单元、测温单元和控制单元，所述控制单元分别与所述加热单元和所述测温单元电连接；所述加热单元设置于所述压感电阻周边。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于：

所述衬底远离所述单晶硅层的表面设置有凹槽或者所述衬底邻近所述单晶硅层的表面设置有凹槽；

所述单晶硅层包括第一区域以及围绕所述第一区域的第二区域，所述第一区域与所述衬底设置有凹槽的区域对应；

所述压感电阻至少部分设置于所述单晶硅层的所述第一区域；所述测温单元和所述控制单元设置于所述单晶硅层的所述第二区域。

3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于：

所述压力传感器包括多个压感电阻，每一所述压感电阻对应一加热单元。

4.根据权利要求3所述的压力传感器，其特征在于：

所述压力传感器包括四个压感电阻，所述第一区域的形状为矩形，每一所述压感电阻分别设置于所述第一区域的一个边。

5.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于：

所述加热单元的形状为U型，所述加热单元环绕所述压感电阻，且所述U型的开口朝向所述压感电阻最邻近的所述第一区域的边。

6.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于：

所述压力传感器包括多个压感电阻，所述多个压感电阻均设置于所述第一区域的同一边；

所述加热单元环绕所述多个压感电阻。

7.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于：

所述压力传感器包括四个压感电阻，所述四个压感电阻围成一矩形，所述加热单元包括四个边，每一边对应一压感电阻，且与对应的压感电阻平行设置。

8.根据权利要求3或6所述的压力传感器，其特征在于：

所述加热单元与所述压感电阻之间的距离为0.5微米-1微米。

9.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，还包括：

检测电极和保护层；

所述检测电极与所述压感电阻电连接；

所述保护层覆盖所述压感电阻、所述加热单元、所述测温单元和所述控制单元。

10.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于：

所述衬底的形状为正方形，所述衬底的边长为1毫米-2毫米；

所述第一区域的形状为正方形，所述第一区域的边长为0.5毫米-1毫米。