一种MEMS器件的制作方法

本发明涉及半导体，特别涉及一种mems器件。

背景技术：

1、由于平行板电容易于加工，用于信号检测具有灵敏度高、温度范围宽、能响应直流信号、冲击后变化小等优点，广泛用于微机电系统 (micro-electro-mechanical system，mems)传感器的设计中。为了抑制共模信号和保证标度因数的对称性，差动平行板电容具有更强的实用性。但是，由于平行板的电容变化随间距的变化是非线性的，因此导致对信号的检测也是非线性的，且随着电容极板间距变化的增大，非线性也增大，严重影响检测的准确度。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种mems器件，以消除平行板电容检测的非线性。

2、本发明提供一种mems器件，包括：

3、可动电极板；

4、位于所述可动电极板第一侧的第一电极板和第一反馈电极板，所述第一电极板与所述可动电极板构成第一电容，所述第一反馈电极板与所述可动电极板构成第一反馈电容；

5、位于所述可动电极板第二侧的第二电极板和第二反馈电极板，所述第二电极板与所述可动电容构成第二电容，所述第二反馈电极板与所述可动电极板构成第二反馈电容；

6、其中，所述第一电容和所述第二电容连接至检测电路，所述检测电路用于对所述第一电容和所述第二电容进行差分检测；

7、所述第一反馈电容和所述第二反馈电容连接至反馈电路，所述反馈电容用于消除所述检测电路的输出电压与可动电极板位移的非线性关系。

8、优选地，所述第一电极板和所述第二电极板与所述可动电极板的相对面积相等；所述第一反馈电极板和所述第二反馈电极板与所述可动电极板的相对面积相等；所述可动电极板处于平衡位置时，所述第一电极板、第二电极板、第一反馈电极板以及第二反馈电极板与所述可动电极板之间的距离相等。

9、优选地，所述检测电路包括：

10、第一电压源，与所述第一电极板连接，用于向所述第一电容提供第一电压；

11、第二电压源，与所述第二电极板连接，用于向所述第二电容提供第二电压；

12、运算放大器，所述可动电极板连接至所述运算放大器的反相输入端。

13、优选地，所述第一反馈电极板和所述第二反馈电极板同时连接至所述运算放大器的输出端，构成所述反馈电路。

14、优选地，所述第一电压和所述第二电压为交流高频载波，且所述第一电压和所述第二电压的电压幅值相等，相位相反。

15、优选地，还包括：

16、电子模拟开关，用于控制时序；以及

17、采样保持器，用于对运算放大器的输出电压进行采样保持。

18、优选地，所述电子模拟开关包括多个第一电子模拟开关以及多个第二电子模拟开关，其中，多个第一模拟开关的时序相同，多个第二模拟开关的时序相同。

19、优选地，多个第一电子模拟开关分别连接于第一电压源和第一电容之间、第二电压源和第二电容之间以及运算放大器的反相输入端和输出端之间；多个第二电子模拟开关分别连接于第一电容与地之间、第二电容与地之间以及所述运算放大器的输出端与所述采样保持器的正相输入端之间。

20、优选地，所述第一电压和所述第二电压为恒定电压，且所述第一电压和所述第二电压的电压幅值相等，相位相反。

21、优选地，还包括第三反馈电极板以及第四反馈电极板；

22、所述可动电极板包括：

23、第一可动电极板，与所述第一电极板构成第一电容，以及与所述第二电极板构成第二电容；

24、第二可动电极板，与所述第一反馈电极板构成第一反馈电容，以及与所述第二反馈电极板构成第二反馈电容；

25、第三可动电极板，与所述第三反馈电极板构成第三反馈电容，以及与所述第四反馈电极板构成第四反馈电容；

26、其中，所述第一可动电极板、第二可动电极板以及第三可动电极板相互分离，且同步运动。

27、优选地，所述第一电极板和所述第二电极板与所述第一可动电极板的相对面积相等；所述第一反馈电极板、所述第二反馈电极板与所述第二可动电极板的相对面积以及所述第三反馈电极板和所述第四反馈电极板与所述第三可动电极板的相对面积相等；所述可动电极板处于平衡位置时，所述第一电极板、第二电极板、第一反馈电极板、第二反馈电极板、第三反馈电极板以及第四反馈电极板与所述可动电极板之间的距离相等。

28、优选地，所述检测电路包括：

29、电压源，与所述第一可动电极板连接，用于向所述第一电容和所述第二电容提供电压；

30、第一运算放大器，其反相输入端连接至所述第一电极板；

31、第二运算放大器，其反相输入端连接至所述第二电极板；以及

32、第三运算放大器，其同相输入端连接至所述第一运算放大器的输出端，其反相输入端连接至所述第二运算放大器的输出端。

33、优选地，所述第一反馈电极板和所述第二反馈电极板连接至所述第一运算放大器的输出端或反相输入端，所述第二可动电极板对应地连接至所述第一运算放大器的反相输入端或输出端，构成第一反馈电路；

34、所述第三反馈电极板和所述第四反馈电极板连接至所述第二运算放大器的输出端或反相输入端，所述第三可动电极板对应地连接至所述第二运算放大器的反相输入端或输出端，构成第二反馈电路。

35、优选地，所述第一电极板和所述第一反馈电极板之间相互分离或者通过绝缘介质连接；所述第二电极板和所述第二反馈电极板之间相互分离或者通过绝缘介质连接。

36、优选地，所述mems器件为mems加速度计或者mems陀螺。

37、本发明提供的mems器件通过在器件的mems敏感单元中增加与平行板检测电容联动的反馈电容，并且将反馈电容接入反馈电路中，大幅提高差动平行板电容检测的线性度，尤其是当平行板间距变化较大导致非线性度较强时。本发明理论上可以消除非线性度，方法简单，可行性强。

38、进一步地，本发明的mems器件中增加的反馈电容与现有器件中的平行板检测电容的材料、结构形式和加工技术完全相同，温度系数一致，降低了电容-电压转换的温度漂移。

39、进一步地，本发明的mems器件可以为微机电加速度计、微机电陀螺等，应用范围较广。

技术特征：

1.一种mems器件，其中，包括：

2.根据权利要求1所述的mems器件，其中，所述第一电极板和所述第二电极板与所述可动电极板的相对面积相等；所述第一反馈电极板和所述第二反馈电极板与所述可动电极板的相对面积相等；所述可动电极板处于平衡位置时，所述第一电极板、第二电极板、第一反馈电极板以及第二反馈电极板与所述可动电极板之间的距离相等。

3.根据权利要求1所述的mems器件，其中，所述检测电路包括：

4.根据权利要求3所述的mems器件，其中，所述第一反馈电极板和所述第二反馈电极板连接至所述运算放大器的输出端，构成所述反馈电路。

5.根据权利要求4所述的mems器件，其中，所述第一电压和所述第二电压为交流高频载波，且所述第一电压和所述第二电压的电压幅值相等，相位相反。

6.根据权利要求4所述的mems器件，其中，还包括：

7.根据权利要求6所述的mems器件，其中，所述电子模拟开关包括多个第一电子模拟开关以及多个第二电子模拟开关，其中，多个第一模拟开关的时序相同，多个第二模拟开关的时序相同。

8.根据权利要求7所述的mems器件，其中，多个第一电子模拟开关分别连接于第一电压源和第一电容之间、第二电压源和第二电容之间以及运算放大器的反相输入端和输出端之间；多个第二电子模拟开关分别连接于第一电容与地之间、第二电容与地之间以及所述运算放大器的输出端与所述采样保持器的正相输入端之间。

9.根据权利要求8所述的mems器件，其中，所述第一电压和所述第二电压为恒定电压，且所述第一电压和所述第二电压的电压幅值相等，相位相反。

10.根据权利要求1所述的mems器件，其中，还包括第三反馈电极板以及第四反馈电极板；

11.根据权利要求10所述的mems器件，其中，所述第一电极板和所述第二电极板与所述第一可动电极板的相对面积相等；所述第一反馈电极板、所述第二反馈电极板与所述第二可动电极板的相对面积以及所述第三反馈电极板和所述第四反馈电极板与所述第三可动电极板的相对面积相等；所述可动电极板处于平衡位置时，所述第一电极板、第二电极板、第一反馈电极板、第二反馈电极板、第三反馈电极板以及第四反馈电极板与所述可动电极板之间的距离相等。

12.根据权利要求11所述的mems器件，其中，所述检测电路包括：

13.根据权利要求12所述的mems器件，其中，所述第一反馈电极板和所述第二反馈电极板连接至所述第一运算放大器的输出端或反相输入端，所述第二可动电极板对应地连接至所述第一运算放大器的反相输入端或输出端，构成第一反馈电路；

14.根据权利要求1所述的mems器件，其中，所述第一电极板和所述第一反馈电极板之间相互分离或者通过绝缘介质连接；所述第二电极板和所述第二反馈电极板之间相互分离或者通过绝缘介质连接。

15.根据权利要求1所述的mems器件，其中，所述mems器件为mems加速度计或者mems陀螺。

技术总结
公开了一种MEMS器件，包括：可动电极板；位于所述可动电极板第一侧的第一电极板和第一反馈电极板，所述第一电极板与所述可动电极板构成第一电容，所述第一反馈电极板与所述可动电极板构成第一反馈电容；位于所述可动电极板第二侧的第二电极板和第二反馈电极板，所述第二电极板与所述可动电容构成第二电容，所述第二反馈电极板与所述可动电极板构成第二反馈电容；其中，所述第一电容和所述第二电容连接至检测电路，所述检测电路用于对所述第一电容和所述第二电容进行差分检测；所述第一反馈电容和所述第二反馈电容连接至反馈电路，所述反馈电容用于消除所述检测电路的输出电压与可动电极板位移的非线性关系。

技术研发人员：丁海涛
受保护的技术使用者：准懋（杭州）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6