提出了一種扭轉(zhuǎn)式微機械磁場傳感器及其制備方法來解決問題

工欲善其事，必先利其器。在全球化的今天，專利已不僅僅是創(chuàng)新的一種保護手段，它已成為商業(yè)戰(zhàn)場中的利器。麥姆斯咨詢傾情打造MEMS、傳感器以及物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的專利運營平臺，整合全產(chǎn)業(yè)鏈知識產(chǎn)權(quán)資源，積極推動知識產(chǎn)權(quán)保護與有效利用。磁傳感器是一類常見的傳感器件，廣泛應(yīng)用于航空航天、地質(zhì)勘探、消費電子以及汽車工業(yè)等領(lǐng)域。據(jù)麥姆斯咨詢數(shù)據(jù)，2016年，全球磁傳感器市場規(guī)模為16.4億美元，未來幾年將以每年8%的速度增長，預(yù)計2022年將增長至到26億美元。

2016~2022年磁傳感器市場預(yù)測

目前主要的磁傳感技術(shù)根據(jù)工作原理的不同，包括霍爾、AMR（各向異性磁阻傳感器）、GMR（巨磁阻）、TMR（隧道磁電阻）、磁通門、磁感應(yīng)（Magneto Inductive）、超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）等。

按技術(shù)原理分類的磁傳感器市場超導(dǎo)量子干涉器件（SQUID）是迄今為止最靈敏的磁傳感器，其分辨率可達到幾個fT，此類傳感器一般用于生物神經(jīng)磁信號的測量，信號強度一般在pT或者更低的量級。但是，它的功耗較大（幾瓦特），需要工作在低溫環(huán)境中，且易受到外界電磁干擾的影響，為此需要復(fù)雜的測量設(shè)備?；魻杺鞲衅骶哂谐杀镜?，可靠性高，線性度好等優(yōu)點，一般用于速度與位置傳感，電壓電流測量等場合?；魻杺鞲衅髁闫敵龊艽螅乙资軠囟扔绊?，因此需要溫度補償電路。磁通門傳感器一般用來探測直流或低頻弱磁場，但是磁芯和線圈的制作工藝復(fù)雜，難于集成，并且功耗和體積較大。AMR傳感器靈敏度約為半導(dǎo)體霍爾效應(yīng)的100倍，常用于弱磁場的測量，且敏感單元可對傳感器切向磁場響應(yīng)，不同于霍爾傳感器只能對法向的磁場響應(yīng),使其能夠應(yīng)用于霍爾傳感器無法使用的場合。但是，AMR傳感器在幾個mT磁場下就會飽和,并且需要復(fù)雜的復(fù)位程序。GMR傳感器的分辨率與AMR傳感器的分辨率接近，但它的漂移和靈敏度受溫度的影響比AMR傳感器要大，此外，在強磁場（約1T）下器件會發(fā)生永久性的損壞。為了滿足磁場傳感器發(fā)展對小型化，低成本，低功耗以及高靈敏度的要求，近些年研究人員提出了基于MEMS（Microelectromechanical systems）技術(shù)的磁場傳感器。目前，此類器件主要是利用洛侖茲力原理，首先在器件內(nèi)制作扭轉(zhuǎn)式的諧振結(jié)構(gòu)，然后在諧振結(jié)構(gòu)上制作通電線圈，器件工作時在線圈中施加與諧振結(jié)構(gòu)諧振頻率相同的交流電流，當(dāng)有外部磁場存在時會受到洛倫茲力的作用從而激勵諧振結(jié)構(gòu)處于諧振狀態(tài)，然后通過光學(xué)式，電容式，壓阻式等檢測方法測量諧振結(jié)構(gòu)的位移，進而得到被測磁場的大小。與其他類型的傳感器相比，MEMS磁場傳感器具有體積小，重量輕，成本低等明顯優(yōu)點，但是，為了獲得較高的靈敏度，就必須增大線圈中的電流，如此一來便增加了器件的功耗，另外，功耗的增大會帶來溫度的升高，從而影響器件穩(wěn)定性。此外，大位移下器件還會呈現(xiàn)出明顯的非線性。本發(fā)明提出了一種扭轉(zhuǎn)式微機械磁場傳感器及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中MEMS磁場傳感器存在的功耗大、線性度差等問題。

扭轉(zhuǎn)式微機械磁場傳感器的俯視結(jié)構(gòu)示意圖本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)式微機械磁場傳感器主要包括諧振結(jié)構(gòu)組件。該諧振結(jié)構(gòu)組件包括：諧振結(jié)構(gòu)、第一絕緣層、感應(yīng)線圈及驅(qū)動電極。其中，第一絕緣層位于諧振結(jié)構(gòu)表面；感應(yīng)線圈位于第一絕緣層表面；驅(qū)動電極適于以靜電驅(qū)動方式驅(qū)動諧振結(jié)構(gòu)，使得諧振結(jié)構(gòu)工作時處于扭轉(zhuǎn)諧振模態(tài)。本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)式微機械磁場傳感器由于采用靜電驅(qū)動方式工作，器件的功耗幾乎為零，不存在功耗過大而導(dǎo)致的器件溫度穩(wěn)定性問題；由電磁感應(yīng)定律可知，本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)式微機械磁場傳感器在大范圍的磁場測量中都具有極佳的線性度。