一种力/磁多功能传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及传感器技术领域，尤其是涉及一种力/磁多功能集成传感器。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的迅速发展，传感器技术倍受重视，但是单一物理量传感器已不能满足工业生产、航空航天等领域，为了能够准确的对环境多个物理量变化同时进行检测，在一个芯片上集成多种功能的敏感元件可同时测量多个物理量，此种力/磁多功能传感器具有体积小、重量轻以及集成一体化等优点。
[0003]专利号为CN201420085249.2实用新型涉及的是一种温度、湿度、气压集成传感器，包括一电路板，在电路板上设有温度传感器、湿度传感器、信号处理电路，温度传感器、湿度传感器及压力传感器的输出端均与信号处理电路的输入端相连接，信号处理电路与电路板构成一体式信号处理电路板，压力传感器采用的是真空压阻式压力传感器，湿度传感器采用的是铂电阻温度传感器，湿度传感器采用的是湿敏电容传感器，真空压阻式压力传感器、铂电阻温度传感器、湿敏电容传感器集成在一体式信号处理电路板上。该实用新型减少了外界对传感器信号的影响，提高了稳定性，降低了生产成本，可广泛应用于环境监测，气象测量、智能建筑、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、管道等众多行业。
[0004]专利号为CN201310117126.2的发明公开一种与CMOS工艺兼容的MEMS温度湿度集成传感器及其制造方法。该发明提供一种温度湿度集成传感器，其包括基材、形成于基材上的绝缘层、形成于绝缘层上的下电极、形成于下电极上的中间湿度感知层以及形成于中间湿度感知层上的上电极，其中下电极采用由N型多晶硅/铝或者N型多晶硅/P型多晶硅形成的热电偶来测量温度。该发明的温湿度集成传感器，下电极采用Al和多晶硅形成热电偶，这是CMOS兼容工艺，可以与CMOS同时流通，制造方便。
[0005]专利号为CN201210498929.2的发明专利公开了一种无源无线温、湿度集成传感器，采用悬臂梁电容式温度传感器和叉指电容式湿度传感器，包括从下至上依次连接的半导体衬底、下介质层、下金属层、中间介质层、中间金属层、上介质层，以及位于上介质层上表面的上金属互连线和湿敏材料。该发明的悬臂电容式温度传感器-电感回路与叉指电容湿度传感器-电感回路分频工作，同时无线测量温度、湿度，可以应用于密闭环境或恶劣条件下温度、湿度两种参数的测量与采集。该发明传感器采用CMOS MEMS工艺制备，具有较好的性能和较低的成本。
[0006]专利号为CN201210451111.5的发明专利公开了一种温度压力集成传感器，包括温度传感器、绑定电路板、温度传感器安装槽、感压元件、压力座、压力进入口和导线，其特征在于:压力进入口位于压力座的下端，绑定电路板位于压力座的上端，绑定电路板紧贴于压力座的顶面，温度传感器安装在温度传感器安装槽中且紧贴压力座，被测介质的热量通过压力座传导至温度传感器，温度传感器通过导线与绑定电路板相连接进行信号传输。该发明将温度传感器紧贴的安装在压力传感器的不锈钢座上方或侧方，通过测量作为介质热传导载体的不锈钢的温度来获得介质的温度。该结构安装方便，使用方便，为石油、化工、食品、制冷空调行业提供了一种新型的温度压力集成传感器。
【发明内容】
[0007]为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种可以同时检测力和磁场多功能传感器，从而完成了本发明。
[0008]具体来说，本发明的目的在于提供以下方面:
[0009](I) 一种力/磁多功能传感器，其中，该传感器包括:
[0010]用来检测外加磁场的第一悬臂梁I，和
[0011]用来检测外加力的第二悬臂梁2。
[0012](2)根据上述I所述的多功能传感器，其中，
[0013]所述第一悬臂梁I为硅悬臂梁，包括(优选根部制作)四个薄膜晶体管，为第一薄膜晶体管TFT1、第二薄膜晶体管TFT2、第三薄膜晶体管TFT3和第四薄膜晶体管TFT4，其顶端为自由端，优选制作为磁性材料;和/或
[0014]所述第二悬臂梁2为硅悬臂梁，包括(优选根部制作)四个薄膜晶体管，第五薄膜晶体管TFlT、第六薄膜晶体管TFT2,、第七薄膜晶体管TFT3,和第八薄膜晶体管TFTf，其顶端为自由端，优选制作集成化硅质量块，更优选无磁性材料。
[0015](3)根据上述I或2所述的多功能传感器，其中，
[0016]所述第一薄膜晶体管TFTl沟道等效电阻R1、第二薄膜晶体管TFT2沟道等效电阻R2、第三薄膜晶体管TFT3沟道等效电阻R3和第四薄膜晶体管TFT4沟道等效电阻R4，优选所述等效电阻R1、等效电阻R2、等效电阻R3和等效电阻R4构成第一惠斯通电桥;和/或
[0017]所述第五薄膜晶体管TFlT沟道等效电阻R/、第六薄膜晶体管TFT2'沟道等效电阻R/、第七薄膜晶体管TFT3,沟道等效电阻R/和第八薄膜晶体管TFTf沟道等效电阻RZ，优选所述沟道等效电阻R/、等效电阻、沟道等效电阻和沟道等效电阻构成第二惠斯通电桥。
[0018](4)根据上述3所述的多功能传感器，其中，
[0019]所述等效电阻R1与所述等效电阻此串连，形成第一输出电压VciutlJP/或
[0020]所述等效电阻R3与所述等效电阻R4串连，形成第二输出电压Vciut2;和/或
[0021]所述等效电阻R/与所述等效电阻R/串连，形成第三输出电压Vciut/;和/或
[0022]所述等效电阻R/与所述等效电阻R/串连，形成第四输出电压Vcmd'。
[0023](5)根据上述3或4所述的多功能传感器，其中，有外加磁场作用时，因磁力作用，所述第一悬臂梁发生弯曲，所述第一惠斯通电桥桥路阻值发生变化，所述第一输出电压Vcaltl和所述第二输出电压V?t2构成差分输出，实现外加磁场测量。
[0024](6)根据上述3至5之一所述的多功能传感器，其中，有外加力作用到第二悬臂梁顶端时，所述第二悬臂梁发生弯曲，所述第二惠斯通电桥桥路阻值发生变化，所述第三输出电压Vout/和所述第四输出电压构成差分输出，实现外加力测量。
[0025](7)根据上述I至6之一所述的多功能传感器，其中，第一悬臂梁I包括二氧化硅底层5、单晶硅6、二氧化硅顶层7和13、纳米硅薄膜8、薄膜晶体管源端9、栅氧化层10、薄膜晶体管栅端11、薄膜晶体管漏端12和磁性材料3。
[0026](8)根据上述I至7之一所述的多功能传感器，其中，第二悬臂梁2包括二氧化硅底层5、单晶硅6、二氧化硅顶层7和13、纳米硅薄膜8、薄膜晶体管源端9、栅氧化层10、薄膜晶体管栅端11、薄膜晶体管漏端12和硅质量块4。
[0027](9)根据上述I至8之一所述的多功能传感器，其中，
[0028]所述第一硅悬梁臂I和所述第二硅悬梁臂2采用微电子加工系统(MEMS)技术制作，和/或
[0029]所述薄膜晶体管采用互补性金属氧化半导体(CMOS)工艺制作。
[0030]本发明所具有的有益效果包括:
[0031]1、本发明在同一芯片上制作两个硅悬臂梁，可同时实现对力和磁场的检测，具有集成一体化特点；
[0032]2、本发明采用悬臂梁结构检测力/磁，提高了传感器的力/磁灵敏度；
[0033]3、本发明中分别采用四个薄膜晶体管沟道等效电阻构成两个开环惠斯通桥路。开环桥路方便测试桥路单个薄膜晶体管沟道等效电阻的阻值，同时薄膜晶体管具有自调零功能，可实现传感器零点漂移的调整，当传感器在无外加力或磁场的作用时，使得其输出电信号等于零，提高了传感器对外加力/磁检测的准确性；
[0034]4、该传感器是在高阻单晶硅上制作，体积小，成本低，稳定性好。
【附图说明】
[0035]图1是根据本发明一种优选实施方式的力/磁多功能传感器基本结构三维立体图；
[0036]图2是用于磁场测试的结构，等效电路第一惠斯通电桥I示意图；
[0037]图3是用于力测试的结构，等效电路第二惠斯通电桥2示意图；
[0038]图4是第一硅悬臂梁剖面示意图；
[0039]图5是第二硅悬臂梁剖面示意图。
[0040]附图标号说明:
[0041]1-第一悬臂梁(Beaml);
[0042]2-第二悬臂梁(Beam2);