专利名称：一种四膜结构硅微流量传感器芯片的制作方法
技术领域：
本发明属于微机械电子技术领域，具体涉及一种四膜结构硅微流量传感器芯片。
背景技术：
流量测量是工业生产和科研工作的重要的检测参数。近年来，随着对微电子机械系统(MEMS)的深入研究和取得的进展，传统的工业和流体力学研究的流量传感器向高集成度，微型化，高精度，高可靠性方向发展。MEMS流量传感器按测量原理主要可以分为热式和非热式两种，经过30年的发展，热式MEMS流量传感器已经占据了流量测量的主流位置。但是，热式微流量传感器也有其固有的缺点。例如功耗大、衬底的热传导导致测量误差、零点随环境温度漂移、响应时间长等。另外，因为要对流体加热，所以就限制了热式微流量传感器在生物技术方面的应用。目前，非热式流量传感器研究相对较少，现有的非热式流量存在难以兼顾全量程范围内的灵敏度、普遍较难计算、制造过程难以与标准CMOS工艺兼容等问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种四膜结构硅微流量传感器芯片，具有体积小，重量小，响应速度快和高灵敏度的优点。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为:—种四膜结构娃微流量传感器芯片，包括外围支撑娃基2,在外围支撑娃基2的背面配置有玻璃衬底3，外围支撑硅基2的背面与玻璃衬底3进行键合连接，四个梯形硅膜I位于外围支撑硅基2的中间，四个梯形硅膜I的长边分别与外围支撑硅基2相连，每个梯形硅膜2上的靠近长边中央配置有一个压阻条4，四个压阻条4连接构成惠斯通电桥，四个梯形硅膜I构成传感器测量部位；所述的四个梯形硅膜I之间存在150-170 u m的间隙以使梯形硅膜I悬空，所述四个梯形硅膜I的厚度相同；所述的四个梯形硅膜I关于外围支撑硅基2的中轴线两两对称。所述的梯形硅膜I采用了(100)晶面硅。所述的四个压阻条4沿着[110]和[1了0]晶向布置。本发明采用250um (100晶面)N型双面抛光硅片。由于本发明采用膜结构作为敏感元件，集流量感知与测量电路于一体，同时采用250um (100晶面)N型双面抛光硅片制作，故而具有体积小，重量小，响应速度快和高灵敏度的优点。
图1为本发明的结构示意图。图2为本发明的截面示意图。
图3为压阻条4在梯形硅膜I上的分布示意图。图4为压阻条4构成的惠斯通电桥示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的结构与工作原理详细说明。参见图1和图2, —种四膜结构娃微流量传感器芯片,包括外围支撑娃基2,在外围支撑硅基2的背面配置有玻璃衬底3，外围支撑硅基2的背面与玻璃衬底3进行键合连接，四个梯形硅膜I位于外围支撑硅基3的中间，四个梯形硅膜I的长边分别与外围支撑硅基2相连，每个梯形硅膜2上的靠近长边中央配置有一个压阻条4，四个压阻条4构成惠斯通电桥，传感器芯片感应到的流量信号输入通过四个压阻条5组成的测量电路最终转化为电信号，完成对流量的感应与测量。所述的四个梯形硅膜I之间存在150-170 u m的间隙以使中央硅膜I悬空，并使得流体可以通过，梯形硅膜I可以在外界流量作用时发生一定的位移，从而感知流量信息，从而构成传感器的测量部位，所述的四个梯形硅膜I的厚度相同。所述的四个梯形硅膜1，关于外围支撑硅基2的中轴线两两对称。所述的梯形硅膜I采用了(100)晶面硅。所述的四个压阻条4沿着[110]和[I 了0]晶向布置。本发明采用250um (100晶面)N型双面抛光硅片。参见图3、4，四个压阻条4分别为电阻R1、R2、R3和R4，梯形硅膜I上，电阻Rl与电阻R3呈一条直线布置，电阻R2与电阻R4呈一条直线布置，四个压阻条4构成惠斯通电桥。本发明的工作原理是:一定速度流体垂直作用于传感器芯片上表面时，梯形硅膜I作为传感器流量的敏感膜片。根据伯努利方程，当一定速度流体作用于梯形硅膜I时，由于惯性力的作用，梯形硅膜I会产生一定的位移，并发生形变，该形变所产生的应力导致分布于梯形硅膜I上的压阻条4的电阻值变化。这一阻值变化通过惠斯通电桥转变为电信号输出，从而实现传感器芯片的流量-电压信号转换，完成对流量的测量。本发明中梯形硅膜I上的压阻条4阻值的变化量通过压阻效应的相关公式计算而
来，压阻效应是指当半导体材料受到应力作用时，由于载流子迁移率的变化，使其电阻率发
生变化的现象。当压阻条处于一定应力作用下时，其阻值变化与其所受应力之间的比例关
系式如下:
权利要求
1.一种四膜结构娃微流量传感器芯片，包括外围支撑娃基(2),在外围支撑娃基(2)的背面配置有玻璃衬底(3 )，外围支撑硅基(2 )的背面与玻璃衬底(3 )进行键合连接，其特征在于，四个梯形硅膜(I)位于外围支撑硅基(2)的中间，梯形硅膜(I)长边分别与外围支撑硅基(2)相连，每个梯形硅膜(I)上的靠近长边中央配置有一个压阻条(4)，四个压阻条(4)构成惠斯通电桥，四个梯形硅膜(I)共同构成传感器测量部位； 所述四个梯形硅膜(I)之间存在150-170 u m间隙以使梯形硅膜(I)悬空，并可以使流体顺利通过，所述的四个梯形硅膜(I)的厚度相同； 四个梯形硅膜(I)关于外围支撑硅基(2 )的中轴线两两对称。
2.根据权利要求1所述的一种四膜结构硅微流量传感器芯片，其特征在于，所述的梯形硅膜(I)采用了(100)晶面硅。
3.根据权利要求1所述的一种四膜结构硅微流量传感器芯片，其特征在于，所述的四个压阻条(4)沿着[110]和[1了0]晶向布置。
4.根据权利要求1所述的一种四膜结构硅微流量传感器芯片，其特征在于，本发明采用250um (100晶面)N型双面抛光硅片。
全文摘要
一种四膜结构硅微流量传感器芯片，包括四个梯形硅膜，梯形硅膜位于外围支撑硅基的中间，梯形硅膜的长边与外围支撑硅基相连，每个梯形硅膜上靠近长边中央配置有一个压阻条，四个压阻条构成惠斯通电桥，当一定速度流体作用于传感器芯片时，将有惯性力作用于梯形硅膜，并使得梯形梁膜结构发生变形，压阻条在梯形硅膜的应力作用下其阻值发生变化，惠斯通电桥失去平衡，输出一个与外界流量相对应的电信号，从而实现传感器芯片对流量的测量，本发明具有体积小，重量小，响应速度快和高灵敏度的优点。
文档编号B81B7/00GK103090914SQ201210567518
公开日2013年5月8日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者赵玉龙, 陈佩, 李一瑶 申请人:西安交通大学