MEMS传感器以及提供和运行MEMS传感器的方法技术

MEMS传感器包括具有可移动电极和定子电极的MEMS装置，定子电极与可移动电极相对地布置。MEMS传感器包括连接到定子电极的第一偏置电压源，第一偏置电压源被配置为将第一偏置电压施加到定子电极。MEMS传感器还包括通过电容耦合连接到定子电极的共模读出电路，共模读出电路包括第二偏置电压源，第二偏置电压源被选择为将第二偏置电压施加到电容耦合的背离定子电极的一侧。

MEMS sensors and methods of providing and operating them

The MEMS sensor includes a MEMS device with movable electrodes and stator electrodes, which are arranged relative to the movable electrodes. The MEMS sensor includes a first bias voltage source connected to the stator electrode, which is configured to apply the first bias voltage to the stator electrode. The MEMS sensor also includes a common-mode readout circuit connected to the stator electrode by capacitive coupling. The common-mode readout circuit includes a second bias voltage source, which is selected to apply the second bias voltage to the side of the capacitive coupling away from the stator electrode.

【技术实现步骤摘要】
MEMS传感器以及提供和运行MEMS传感器的方法
本公开涉及MEMS传感器，特别是用于与流体相互作用的MEMS传感器，例如MEMS麦克风或MEMS压力传感器。本公开还涉及提供这种MEMS传感器的方法以及运行MEMS传感器的方法。本公开还描述了MEMS麦克风的鲁棒读出。
技术介绍
MEMS传感器可以使用不同的物理效应来执行传感测量。这种情况的一个例子是膜的偏移，例如通过与流体即液体和/或气体接触。这种MEMS传感器可以基于半导体技术形成，即，它们可以包括诸如硅和/或砷化镓的半导体材料。而且，其他材料可以被布置，其允许适当的功能化和/或钝化，例如导电材料，例如金属和/或钝化材料，例如氧化硅和/或氮化硅。期望具有对使用MEMS传感器的周围环境鲁棒的MEMS传感器。
技术实现思路
实施例提供一种具有MEMS装置的MEMS传感器，MEMS装置具有可移动电极。与可移动电极相对布置有定子电极。MEMS传感器具有连接到定子电极的第一偏置电压源，第一偏置电压源被配置为将第一偏置电压施加到定子电极。MEMS传感器具有通过电容耦合连接到定子电极的共模读出电路，共模读出电路包括第二偏置电压源，第二偏置电压源被设计为将第二偏置电压施加到电容耦合的背离定子电极的一侧。根据一个实施例，可移动电极是第一可移动电极。MEMS传感器包括第二可移动电极，第二可移动电极与第一可移动电极相对第布置，其中定子电极布置在第一和第二可移动电极之间。由此与共模读出电路一起实现的是，彼此相向或彼此远离移动的可移动电极分别提供对从共模读出电路获得的测量信号的附加贡献，与相互补偿的贡献相反。这使得可以获得鲁棒的MEMS传感器。另一个实施例提供了具有MEMS装置的MEMS传感器，MEMS装置包括第一可移动电极、第二可移动电极和定子电极，第二可移动电极与第一可移动电极相对地布置，定子电极布置于第一和第二可移动电极之间。MEMS传感器被构造成，第一可移动电极在空闲状态中以第一距离相对于定子电极布置，并且第二电极在空闲状态中以第二距离相对于定子电极布置，该第二距离与第一距离不同。这导致在第一可移动电极和定子电极之间的或第二可移动电极和定子电极之间的电容变化的不同贡献，因此MEMS传感器受到外部干扰的影响，例如不同部分测量中的颗粒、压力或变化的温度引起不同的变化并且基于此获得了高的对干扰不敏感性，这也实现了鲁棒的MEMS传感器。另一个实施例提供了一种用于提供MEMS传感器的方法。所述方法包括提供MEMS装置，该MEMS装置具有第一可移动电极、第二可移动电极和定子电极，第二可移动电极与第一可移动电极相对地布置，定子电极布置于第一和第二可移动电极之间。该方法包括将第一偏置电压源连接到定子电极，使得第一偏置电压源被配置为将第一偏置电压施加到定子电极。所述方法包括将具有第二偏置电压源的共模读出电路通过电容耦合连接到所述定子电极，使得所述第二偏置电压源被构造成将第二偏置电压施加到所述电容耦合的背离所述定子电极的一侧。另一个实施例提供了另一种用于提供MEMS传感器的方法。所述方法包括提供MEMS装置，该MEMS装置包括第一可移动电极、第二可移动电极和定子电极，第二可移动电极与第一可移动电极相对地布置，定子电极布置于第一和第二可移动电极之间。提供MEMS装置被实现为，使得第一可移动电极在空闲状态中以第一距离相对于定子电极布置，并且第二电极在空闲状态中以第二距离相对于定子电极布置，该第二距离与第一距离不同。另一个实施例提供了一种用于控制MEMS传感器的方法，所述MEMS传感器具有第一可移动电极、第二可移动电极和定子电极，第二可移动电极与第一可移动电极相对地布置，定子电极布置于第一和第二可移动电极之间。该方法包括将第一偏置电压施加到定子电极，并且将第二偏置电压通过与所述定子电极的电容耦合并且在所述电容耦合的背离所述定子电极的一侧施加到所述定子电极。附图说明在下文参考附图阐释实施例。图示：图1A示出了根据一个实施例的包括可移动电极的MEMS传感器的示意性侧剖视图；图1B示出了根据一个实施例的MEMS传感器的示意性侧剖视图，其与图1A的MEMS传感器类似地构造并且包括第二可移动电极；图2示出了根据一个实施例的MEMS传感器的示意性框图，其中可移动电极连接到参考电位；图3示出了根据一个实施例的MEMS传感器的示意性框图，其中可移动电极相对于定子电极具有彼此不同的距离；图4示出了根据一个实施例的MEMS传感器的示意性框图，其中与图3中的MEMS传感器相比较仅布置可移动膜中的一个可移动膜；图5示出了根据一个实施例的MEMS传感器的示意性框图，其中与图2中的MEMS传感器相比，可移动电极可以以相互不同的电位连接。图6示出了根据一个实施例的MEMS传感器的示意性框图，其中定子电极具有第一定子电极元件和第二定子电极元件；图7示出了根据一个实施例的MEMS传感器的示意性侧剖视图，其被设计为所谓的顶部端口麦克风；图8示出了根据一个实施例的MEMS传感器的示意性侧剖视图，其与图7的MEMS传感器相比被设计为底部端口麦克风。图9示出了根据一个实施例的MEMS传感器的示意性侧剖视图，其中电连接被集成在电板中；图10示出了根据一个实施例的用于控制MEMS传感器的方法的示意性流程图；图11示出了根据一个实施例的用于提供MEMS传感器的方法的示意流程图；并且图12示出了根据一个实施例的用于提供MEMS传感器的另一种方法的示意流程图。具体实施方式在下面具体参考附图更详细地解释实施例之前，要指出的是，在不同附图中的相同的、功能相同的或作用相同的元件、对象和/或结构设有相同的附图标记，因此在不同实施例中所示出的这些元件的描述是可互换的或者可以应用到彼此。以下实施例涉及MEMS传感器，特别是那些可以与流体接触的传感器，例如用于检测流体的压力和/或压力变化曲线，即涉及MEMS麦克风和MEMS压力传感器。随后的一些实施例还涉及这样的MEMS传感器，其具有相对不可移动的定子电极，即被设计成使得该定子电极实施与其他电极相比较小的行程。定子电极布置于第一和第二可移动电极之间，使得第一可移动电极相对于定子电极的移动和第二可移动电极相对于定子电极的移动导致相应电极对之间的电容值的变化。在可移动电极之间可以布置有环境流体，例如空气。备选地，可能的是，在两个可移动电极之间存在闭合的体积，在该体积中例如布置有参考流体，参考压力和/或真空。可移动电极可以经由支撑结构彼此机械连接，以便例如通过外部压力等减小在两个可移动电极之间的距离的变化。例如，用于定子电极和/或可移动电极的材料可以是诸如硅的掺杂半导体材料。作为掺杂材料，可以使用任意的适合于此的材料，例如硼或磷。备选地或附加地，还可以在可能不导电的半导体材料上施加导电涂层，例如通过金属材料的沉积或气相沉积。类似地，可以形成定子电极，其中，该定子电极可以通过具有小移动性的结构措施、例如厚度增加形成。在两个彼此相关的电极之间，即第一可移动电极与定子电极之间以及第二可移动电极与定子电极之间，能够分别布置有绝缘层，该绝缘层在机械接触的情况下避免短路。这种绝缘层能够包括例如氧化硅材料或氮化硅材料。图1A示出了根据一个实施例的MEMS传感器10的示意性侧剖视图。MEMS传感器10包括MEMS装置1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS传感器(10；10'；20；30；40；50；60；70；80；90)，具有以下特征：MEMS装置(12；12')，包括：可移动电极(14；141、142)定子电极(16)，所述定子电极与所述可移动电极(14；141、142)相对地布置；连接到所述定子电极(16；16a、16b)的第一偏置电压源(18；181、182)，所述第一偏置电压源被配置为将第一偏置电压(V1、V5)施加到所述定子电极(16、16a、16b)；和通过电容耦合(24)连接到所述定子电极(16；16a、16b)的共模读出电路(22)，所述共模读出电路包括第二偏置电压源(26)，所述第二偏置电压源被设计为将第二偏置电压(U2)施加到所述电容耦合(24)的背离所述定子电极(16；16a、16b)的一侧。

【技术特征摘要】
2017.08.01 DE 102017213277.91.一种MEMS传感器(10；10'；20；30；40；50；60；70；80；90)，具有以下特征：MEMS装置(12；12')，包括：可移动电极(14；141、142)定子电极(16)，所述定子电极与所述可移动电极(14；141、142)相对地布置；连接到所述定子电极(16；16a、16b)的第一偏置电压源(18；181、182)，所述第一偏置电压源被配置为将第一偏置电压(V1、V5)施加到所述定子电极(16、16a、16b)；和通过电容耦合(24)连接到所述定子电极(16；16a、16b)的共模读出电路(22)，所述共模读出电路包括第二偏置电压源(26)，所述第二偏置电压源被设计为将第二偏置电压(U2)施加到所述电容耦合(24)的背离所述定子电极(16；16a、16b)的一侧。2.根据权利要求1所述的MEMS传感器，其中所述可移动电极是第一可移动电极(141)，并且所述MEMS传感器还包括第二可移动电极(142)，所述第二可移动电极与所述第一可移动电极(141)相对地布置，其中所述定子电极(16；16a、16b)布置在所述第一可移动电极(141)和所述第二可移动电极(142)之间。3.根据权利要求2所述的MEMS传感器，其中所述第一可移动电极(141)和所述第二可移动电极(142)被配置为连接到共同的第一电位(Uref)，并且其中所述定子电极(16；16a、16b)被配置为连接到不同于所述第一电位的第二电位(U1)。4.根据权利要求3所述的MEMS传感器，其中所述第一电位(Uref)是所述MEMS传感器的参考电位。5.根据权利要求2至4中任一项所述的MEMS传感器，其中所述第一可移动电极(141)和所述第二可移动电极(142)能够沿相同方向(z)移动。6.根据权利要求2至5中任一项所述的MEMS传感器，其中所述第一可移动电极(141)和所述第二可移动电极(142)穿过所述定子电极(16；16a、16b)的平面彼此机械连接，并且被构造成执行同时的移动。7.根据权利要求2至6中任一项所述的MEMS传感器，其中所述共模读出电路(22)被构造成检测所述第一可移动电极(141)与所述定子电极(16；16a、16b)之间的第一电容值(C1)和所述第二可移动电极(142)与所述定子电极(16；16a、16b)之间的第二电容值(C2)。8.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS传感器，其中所述可移动电极(14；141、142)和所述定子电极(16；16A、16B)中的至少一个被衬底(17)保持，所述衬底被配置为与所述MEMS传感器的参考电位(Uref)连接。9.根据权利要求1至7中任一项所述的MEMS传感器，其中所述可移动电极(14；141、142)和所述定子电极(16；16a、16b)中的至少一个被衬底(17)保持，其中所述衬底与所述可移动电极(14；141、142)和所述衬底(17)的周围环境电绝缘。10.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS传感器，其中所述第一偏置电压源(18；181、182)被构造成施加具有至少3V电位的第一偏置电压(U1、U5)，并且其中所述第二偏置电压源(26)被构造成施加具有至多2.5V的第二偏置电压(U2)。11.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS传感器，其中所述第一偏置电压(U1、U5)和所述第二偏置电压(U2)是直流电压。12.根据前述权利要求中任一项所述的MEMS传感器，其中所述可移动电极是第一可移动电极(141)，并且所述MEMS传感器还包括第二可移动电极(142)，所述第二可移动电极与所述第一可移动电极(141)相对地布置，其中所述定子电极(16；16a、16b)布置在所述第一可移动电极(141)和所述第二可移动电极(142)之间；其中所述第一可移动电极(141)在空闲状态中以距所述定子电极(16；16a、16b)第一距离(361)布置，并且所述第二可移动电极(142)在所述空闲状态中以距所述定子电极(16；16a、16b)第二距离(362)布置，所述第二距离与所述第一距离(361)不同。13.根据权利要求11所述的MEMS传感器，其中所述第一距离(361)与所述第二距离(362)的商具有至少1.1的值。14.根据前述权利要求中任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·德厄，M·菲尔德纳，A·韦斯鲍尔，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE