一种力/磁多功能传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种力/磁多功能传感器，该传感器包括用来检测外加磁场的第一悬臂梁1，和用来检测外加力的第二悬臂梁2，并由第一薄膜晶体管TFT1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构成第一惠斯通电桥，实现了磁场的检测；第五薄膜晶体管TFT1′沟道等效电阻R1′、第六薄膜晶体管TFT2′沟道等效电阻R2′、第七薄膜晶体管TFT3′沟道等效电阻R3′和第八薄膜晶体管TFT4′沟道等效电阻R4′构成第二惠斯通电桥，实现了力的检测；本实用新型专利技术提供的力/磁多功能传感器体积小，成本低，准确度高，稳定性好。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及传感器
，尤其是涉及一种力/磁多功能集成传感器。
技术介绍
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。专利号为CN201420085249.2技术涉及的是一种温度、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。该技术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。专利号为CN201310117126.2的专利技术公开一种与CMOS工艺兼容的MEMS温度湿度集成传感器及其制造方法。该专利技术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。该专利技术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。专利号为CN201210498929.2的专利技术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。该专利技术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。该本专利技术传感器采用CMOS MEMS工艺制备，具有较好的性能和较低的成本。专利号为CN201210451111.5的专利技术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。该专利技术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。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，设计出一种可以同时检测力和磁场多功能传感器，从而完成了本技术。具体来说，本技术的目的在于提供以下方面：(1)一种力/磁多功能传感器，该传感器包括：用来检测外加磁场的第一悬臂梁1，和用来检测外加力的第二悬臂梁2，其中，所述第一悬臂梁1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3；和/或所述第二悬臂梁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TFT1′、第六薄膜晶体管TFT2′、第七薄膜晶体管TFT3′和第八薄膜晶体管TFT4′，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4。(2)根据上述1所述的多功能传感器，其中，所述第一薄膜晶体管TFT1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/或所述第五薄膜晶体管TFT1′沟道等效电阻R1′、第六薄膜晶体管TFT2′沟道等效电阻R2′、第七薄膜晶体管TFT3′沟道等效 电阻R3′和第八薄膜晶体管TFT4′沟道等效电阻R4′，优选所述沟道等效电阻R1′、等效电阻R2′、沟道等效电阻R3′和沟道等效电阻R4′构成第二惠斯通电桥。(3)根据上述2所述的多功能传感器，其中，所述等效电阻R1与所述等效电阻R2串连，形成第一输出电压Vout1；和/或所述等效电阻R3与所述等效电阻R4串连，形成第二输出电压Vout2；和/或所述等效电阻R1′与所述等效电阻R2′串连，形成第三输出电压Vout1′；和/或所述等效电阻R3′与所述等效电阻R4′串连，形成第四输出电压Vout2′。(4)根据上述3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Vout1和所述第二输出电压Vout2构成差分输出，实现外加磁场测量。(5)根据上述4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，因磁力作用，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Vout1′和所述第四输出电压Vout2′构成差分输出，实现外加力测量。(6)根据上述1至5之一所述的多功能传感器，其中，第一悬臂梁1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。(7)根据上述1至5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。(8)根据上述1至7之一所述的多功能传感器，其中，所述第一硅悬臂梁1和所述第二硅悬臂梁2采用微电子加工系统(MEMS)技术制作，和/或所述薄膜晶体管采用互补性金属氧化半导体(CMOS)工艺制作。本技术所具有的有益效果包括：1、本技术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；2、本技术采用悬臂梁结构检测力/磁，提高了传感器的力/磁灵敏度； 3、本技术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；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。附图说明图1是根据本技术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；图2是用于磁场测试的结构，等效电路第一惠斯通电桥1示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种力/磁多功能传感器，该传感器包括：用来检测外加磁场的第一悬臂梁(1)，和用来检测外加力的第二悬臂梁(2)，所述第一悬臂梁(1)为硅悬臂梁，包括四个薄膜晶体管，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，制作为磁性材料(3)；和所述第二悬臂梁(2)为硅悬臂梁，包括四个薄膜晶体管，第五薄膜晶体管TFT1′、第六薄膜晶体管TFT2′、第七薄膜晶体管TFT3′和第八薄膜晶体管TFT4′，其顶端为自由端，制作集成化硅质量块(4)。

【技术特征摘要】
1.一种力/磁多功能传感器，该传感器包括：用来检测外加磁场的第一悬臂梁(1)，和用来检测外加力的第二悬臂梁(2)，所述第一悬臂梁(1)为硅悬臂梁，包括四个薄膜晶体管，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，制作为磁性材料(3)；和所述第二悬臂梁(2)为硅悬臂梁，包括四个薄膜晶体管，第五薄膜晶体管TFT1′、第六薄膜晶体管TFT2′、第七薄膜晶体管TFT3′和第八薄膜晶体管TFT4′，其顶端为自由端，制作集成化硅质量块(4)。2.根据权利要求1所述的多功能传感器，其特征在于，所述第一薄膜晶体管TFT1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，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；和所述第五薄膜晶体管TFT1′沟道等效电阻R1′、第六薄膜晶体管TFT2′沟道等效电阻R2′、第七薄膜晶体管TFT3′沟道等效电阻R3′和第八薄膜晶体管TFT4′沟道等效电阻R4′，所述沟道等效电阻R1′、等效电阻R2′、沟道等效电阻R3′和沟道等效电阻R4′构成第二惠斯通电桥。3.根据权利要求2所述的多功能传感器，其特征在于，所述等效电阻R1与所述等效电阻R2串连，形成第一输出电压Vout1；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Vout2；所述等效电阻R1′与所述等效电...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓锋，杨向红，温殿忠，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：新型
国别省市：黑龙江;23