專(zhuān)利名稱(chēng)：異型電極微型電場(chǎng)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電場(chǎng)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種異型電極微型電場(chǎng)傳感器。
背景技術(shù)：
電場(chǎng)傳感器是測(cè)量電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)的裝置，它廣泛應(yīng)用于國(guó)防、航空航天、氣象探測(cè)、電力、地震預(yù)報(bào)、科學(xué)研究以及工業(yè)生產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域，具有非常重要的作用。譬如，在氣象領(lǐng)域，借助電場(chǎng)傳感器對(duì)地面和空中大氣電場(chǎng)變化的監(jiān)測(cè)，可以獲取準(zhǔn)確的氣象信息，從而為導(dǎo)彈、衛(wèi)星等飛行器發(fā)射升空提供安全保障；在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，利用靜電場(chǎng)傳感器監(jiān)測(cè)工業(yè)環(huán)境中的電勢(shì)分布和電場(chǎng)分布，有助于我們及時(shí)采取有效措施預(yù)防事故的發(fā)生；通過(guò)測(cè)量電力系統(tǒng)和電器設(shè)備周?chē)妶?chǎng)，可用于故障監(jiān)測(cè)和診斷等等。此外電場(chǎng)檢測(cè)在靜電防護(hù)、電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)、以及科學(xué)研究等方面也具有十分重要的應(yīng)用。微型電場(chǎng)傳感器是基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMQ技術(shù)研制的一類(lèi)電場(chǎng)傳感器，相對(duì)于采用傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)制備的電場(chǎng)傳感器，是加工方式的改變。微型電場(chǎng)傳感器具有體積小、成本低、功耗低、易于集成化、易于批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，很好地滿(mǎn)足了電場(chǎng)傳感器的發(fā)展趨勢(shì)和需求，進(jìn)一步拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)外報(bào)道的微型電場(chǎng)傳感器主要采用表面多晶硅工藝制備，傳感器敏感結(jié)構(gòu)的屏蔽電極位于電場(chǎng)感應(yīng)電極的上方。其基本原理是通過(guò)屏蔽電極的周期振動(dòng)，使傳感器感應(yīng)電極上的感應(yīng)電荷量發(fā)生變化，從而達(dá)到外電場(chǎng)檢測(cè)目的。但受屏蔽電極邊緣效應(yīng)的影響，終止在傳感器電場(chǎng)感應(yīng)電極上的電場(chǎng)線(xiàn)較少，電荷感應(yīng)效率偏低，從而導(dǎo)致傳感器靈敏度難于進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種異型電極微型電場(chǎng)傳感器，其屏蔽電極與感應(yīng)電極位于同一結(jié)構(gòu)層，電極結(jié)構(gòu)異型，充分利用電極周?chē)任幻婊儯M(jìn)一步提高了器件的靈敏度， 以克服現(xiàn)有微型電場(chǎng)傳感器的不足之處。為達(dá)到所述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是—種異型電極微型電場(chǎng)傳感器，包括傳感器敏感單元、驅(qū)動(dòng)電路單元與信號(hào)檢測(cè)電路單元；其傳感器敏感單元包括襯底、激勵(lì)單元、屏蔽電極、電場(chǎng)感應(yīng)電極和錨點(diǎn)；其中，襯底位于傳感器敏感結(jié)構(gòu)中間位置，屏蔽電極和電場(chǎng)感應(yīng)電極組成的陣列固定在襯底上表面，屏蔽電極和電場(chǎng)感應(yīng)電極交替排列；至少兩激勵(lì)單元固定在襯底上表面，位于電極陣列周緣，分別對(duì)稱(chēng)布置在襯底的兩側(cè)，并分別與屏蔽電極電連接；多個(gè)錨點(diǎn)固定在襯底上表面，位于電極陣列周緣，分別兩兩對(duì)稱(chēng)布置在襯底的另兩側(cè)，并分別與電場(chǎng)感應(yīng)電極電連接；工作時(shí)，至少兩激勵(lì)單元分別與驅(qū)動(dòng)電路單元電連接，多個(gè)錨點(diǎn)分別與信號(hào)檢測(cè)電路單元電連接。
所示的傳感器，其襯底上表面有一絕緣隔離層，激勵(lì)單元、屏蔽電極、電場(chǎng)感應(yīng)電極、錨點(diǎn)固定在絕緣隔離層上表面，位于同一結(jié)構(gòu)層。所示的傳感器，其所述絕緣隔離層，為二氧化硅層。所述的傳感器，其所述激勵(lì)單元，包括激勵(lì)電極和支撐梁；激勵(lì)電極是靜電梳齒激勵(lì)電極、熱激勵(lì)電極、電磁激勵(lì)電極或壓電激勵(lì)電極其中之一，支撐梁是單梁、雙折梁、斜梁、蛇形梁或蟹子形梁其中之一。所述的傳感器，其所述屏蔽電極和電場(chǎng)感應(yīng)電極分別包括橫梁和電極結(jié)構(gòu)；其中， 電極結(jié)構(gòu)采用結(jié)構(gòu)支撐臂連接電極陣列的方式；屏蔽電極的橫梁和電場(chǎng)感應(yīng)電極的橫梁相互平行設(shè)置，結(jié)構(gòu)支撐臂分別與橫梁側(cè)面垂直固連，電極陣列分別與結(jié)構(gòu)支撐臂側(cè)面垂直固連；結(jié)構(gòu)支撐臂相互平行交替設(shè)置，電極陣列相互相對(duì)交錯(cuò)設(shè)置；屏蔽電極的橫梁兩端分別與激勵(lì)單元電連接。所述的傳感器，其所述橫梁結(jié)構(gòu)支撐臂，是剖面為矩形、平行四邊形或其它規(guī)則或不規(guī)則的長(zhǎng)條形狀。所述的傳感器，其所述電極陣列中的電極，其結(jié)構(gòu)形狀是臺(tái)階形、梯形、三角形、圓形、半圓形或平行四邊形其中之一，或幾種的組合。所述的傳感器，其所述電極結(jié)構(gòu)，采用蛇形結(jié)構(gòu)、梯形蛇形結(jié)構(gòu)、臺(tái)階型蛇形結(jié)構(gòu)其中之一，或幾種的組合。所述的傳感器，其所述屏蔽電極和電場(chǎng)感應(yīng)電極的電極結(jié)構(gòu)相同，或不同，采用相同的電極陣列，或采用不同的電極陣列。所述的傳感器，其所述屏蔽電極和電場(chǎng)感應(yīng)電極結(jié)構(gòu)布置方式有混合布置方式、 差分布置方式或非差分布置方式。所述的傳感器，其所述傳感器的工作模式是包括諧振和非諧振的開(kāi)環(huán)模式、恒幅振動(dòng)模式或閉環(huán)自激模式其中之一。所述的傳感器，其所述屏蔽電極的振動(dòng)方式是水平周期振動(dòng)、垂直周期振動(dòng)或周期性扭動(dòng)其中之一。所述的傳感器，其所述傳感器在垂直周期振動(dòng)或周期性扭動(dòng)時(shí)，屏蔽電極和電場(chǎng)感應(yīng)電極的電極結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)支撐臂一側(cè)連接電極陣列，或是結(jié)構(gòu)支撐臂兩側(cè)連接電極陣列，或是這兩種方式的組合。所述的傳感器，其所述傳感器敏感單元，一個(gè)敏感單元構(gòu)成一維電場(chǎng)傳感器，一個(gè)以上的敏感單元構(gòu)成一維、二維或三維電場(chǎng)傳感器。所述的傳感器，其所述錨點(diǎn)上表面設(shè)有焊盤(pán)，通過(guò)焊盤(pán)分別與電場(chǎng)感應(yīng)電極的橫梁、信號(hào)檢測(cè)電路單元電連接。本發(fā)明的一種異型電極微型電場(chǎng)傳感器，屏蔽電極和電場(chǎng)感應(yīng)電極位于同一結(jié)構(gòu)層，利用電極周?chē)任幻娴幕?，提高了傳感器電?chǎng)感應(yīng)電極的電荷感應(yīng)效率；采用異型電極結(jié)構(gòu)是為了增大電極表面及其附近的等位面畸變，即增大電極表面的電位變化梯度，從而增加了單位時(shí)間內(nèi)電場(chǎng)感應(yīng)電極上感應(yīng)電荷的變化量，進(jìn)一步提高微型電場(chǎng)傳感器的靈敏度。本發(fā)明的一種異型電極微型電場(chǎng)傳感器，可以測(cè)量靜電場(chǎng)、交變場(chǎng)，還可以用于電勢(shì)測(cè)量。


圖1為本發(fā)明的一種異型電極微型電場(chǎng)傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖Ia為圖1中屏蔽電極、電場(chǎng)感應(yīng)電極及固定錨點(diǎn)部分局部放大示意圖；圖加為電場(chǎng)感應(yīng)電極和屏蔽電極的臺(tái)階形電極陣列方案；圖2b為電場(chǎng)感應(yīng)電極和屏蔽電極的梯形電極陣列方案；圖2c為電場(chǎng)感應(yīng)電極和屏蔽電極的蛇形電極結(jié)構(gòu)方案；圖3a為電場(chǎng)感應(yīng)電極和屏蔽電極的非差分結(jié)構(gòu)布置方案；圖北為電場(chǎng)感應(yīng)電極和屏蔽電極混合結(jié)構(gòu)布置方案；圖3c為電場(chǎng)感應(yīng)電極和屏蔽電極的差分結(jié)構(gòu)布置方案。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖來(lái)具體說(shuō)明本發(fā)明。圖1為本發(fā)明所述的異型電極微型電場(chǎng)傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，所述傳感器主要包括傳感器的敏感結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電路單元6和信號(hào)檢測(cè)電路單元7等，其中，所述傳感器的敏感結(jié)構(gòu)主要包括襯底1、激勵(lì)單元2、屏蔽電極3、電場(chǎng)感應(yīng)電極4和多個(gè)錨點(diǎn)5等部分。激勵(lì)單元2固定在襯底1的左右兩側(cè)，其中激勵(lì)單元2包括激勵(lì)電極和支撐梁；屏蔽電極3通過(guò)中間的橫梁32固定在左右兩側(cè)的激勵(lì)單元2上；電場(chǎng)感應(yīng)電極4由與錨點(diǎn)5相連接的橫梁42 固定在兩激勵(lì)單元2中間位置的襯底1區(qū)域上，其中，屏蔽電極3和電場(chǎng)感應(yīng)電極4的電極結(jié)構(gòu)交錯(cuò)排列；驅(qū)動(dòng)電路單元6的輸出端與激勵(lì)單元2相連接，驅(qū)動(dòng)電路單元6驅(qū)動(dòng)激勵(lì)電極實(shí)現(xiàn)傳感器屏蔽電極3水平周期振動(dòng)，使傳感器電場(chǎng)感應(yīng)電極4產(chǎn)生交變的電流信號(hào)；信號(hào)檢測(cè)電路單元7的輸入端與錨點(diǎn)5上的焊盤(pán)45相連接，信號(hào)檢測(cè)電路單元7實(shí)現(xiàn)傳感器電場(chǎng)感應(yīng)電極輸出的交變電流信號(hào)的解調(diào)。針對(duì)本發(fā)明所述的異型電極微型電場(chǎng)傳感器，其中所述的一種結(jié)構(gòu)如圖1所示 激勵(lì)單元2對(duì)稱(chēng)布置在傳感器敏感結(jié)構(gòu)的左右兩側(cè)，傳感器采用推挽式的激勵(lì)方式，目的是為了減小驅(qū)動(dòng)電壓串?dāng)_噪聲的影響；當(dāng)然傳感器也可以采用單端激勵(lì)，即只在傳感器敏感結(jié)構(gòu)的一端布置激勵(lì)電極單元2中的激勵(lì)電極即可；傳感器激勵(lì)電極的數(shù)量可以是一個(gè)或多個(gè)或電極的級(jí)聯(lián)；激勵(lì)單元2的激勵(lì)電極一般采用靜電梳齒激勵(lì)電極，當(dāng)然也可以采用熱激勵(lì)電極、電磁激勵(lì)電極或壓電激勵(lì)電極或其它方式的激勵(lì)電極；激勵(lì)單元2中的支撐梁一般是雙折梁，當(dāng)然也可以是其它類(lèi)型的支撐梁，譬如，單梁、斜梁、蛇形梁、蟹子形梁或其它規(guī)則或不規(guī)則梁等，支撐梁的數(shù)量可以是兩根或多根。如圖1所示，錨點(diǎn)5與襯底1通過(guò)二氧化硅層固定，當(dāng)然二氧化硅也可以換成其它適合做MEMS絕緣隔離的絕緣物質(zhì)；激勵(lì)單元2、屏蔽電極3、電場(chǎng)感應(yīng)電極4、固定錨點(diǎn)5等所有結(jié)構(gòu)位于同一結(jié)構(gòu)層，與襯底1平行。如圖Ia所示，屏蔽電極3由電極結(jié)構(gòu)31和橫梁32構(gòu)成，屏蔽電極3的電極結(jié)構(gòu) 31包括結(jié)構(gòu)支撐臂311和其側(cè)面的臺(tái)階型電極陣列312 ；電場(chǎng)感應(yīng)電極4由電極結(jié)構(gòu)41和橫梁42構(gòu)成，電極結(jié)構(gòu)41包括結(jié)構(gòu)支撐臂411和其側(cè)面的臺(tái)階型電極陣列412。屏蔽電極3通過(guò)橫梁32連接兩激勵(lì)單元2固定在敏感結(jié)構(gòu)的中間位置上；電場(chǎng)感應(yīng)電極4通過(guò)橫梁42與錨點(diǎn)5連接。屏蔽電極3的結(jié)構(gòu)支撐臂311和電極結(jié)構(gòu)41的結(jié)構(gòu)支撐臂411都固定在兩激勵(lì)單元2中間區(qū)域的襯底1上表面，襯底1上表面還設(shè)有一二氧化硅絕緣隔離層。 屏蔽電極3和電場(chǎng)感應(yīng)電極4的電極結(jié)構(gòu)交替平行排列。針對(duì)屏蔽電極3和電場(chǎng)感應(yīng)電極4的電極結(jié)構(gòu)本發(fā)明采用異型電極結(jié)構(gòu)，如圖加所示。電場(chǎng)感應(yīng)電極4的電極結(jié)構(gòu)41采用了結(jié)構(gòu)支撐臂411連接臺(tái)階型電極陣列412的方式，屏蔽電極3的電極結(jié)構(gòu)31亦采用同樣的結(jié)構(gòu)方式，即結(jié)構(gòu)支撐臂311連接臺(tái)階型電極陣列312。其中，臺(tái)階型電極陣列也可以是梯形電極陣列312、412，如圖2b所示；當(dāng)然也可以是其它類(lèi)型的電極陣列，譬如，三角形、圓形、半圓形或平行四邊形等結(jié)構(gòu)或不同結(jié)構(gòu)形狀的組合；所述結(jié)構(gòu)支撐臂的形狀是矩形，當(dāng)然也可以是平行四邊形或其它規(guī)則或不規(guī)則的長(zhǎng)條形狀。屏蔽電極3和電場(chǎng)感應(yīng)電極4的電極結(jié)構(gòu)可以相同，也可以不同；所述屏蔽電極3的電極結(jié)構(gòu)可以采用同一電極陣列，也可以采用不同的電極陣列；所述電場(chǎng)感應(yīng)電極4的電極結(jié)構(gòu)可以采用同一電極陣列，也可以采用不同的電極陣列；屏蔽電極3和電場(chǎng)感應(yīng)電極4的電極陣列相互之間交錯(cuò)間隔排列。屏蔽電極3的電極結(jié)構(gòu)31和電場(chǎng)感應(yīng)電極4 的電極結(jié)構(gòu)41還可以是蛇形結(jié)構(gòu)，如圖2c所示，或蛇形結(jié)構(gòu)的變形，譬如，梯形蛇形結(jié)構(gòu)、 臺(tái)階型蛇形結(jié)構(gòu)或不規(guī)則蛇形結(jié)構(gòu)等。工作時(shí)，屏蔽電極3周期屏蔽電場(chǎng)感應(yīng)電極4，從而引起電場(chǎng)感應(yīng)電極4上電荷量周期變化，產(chǎn)生與被測(cè)電場(chǎng)成正比的感應(yīng)電流。針對(duì)屏蔽電極3和電場(chǎng)感應(yīng)電極4的結(jié)構(gòu)布置方式本發(fā)明示例了三種，第一種非差分布置方式，如圖加所示，橫梁32位于屏蔽電極3的中間位置，電場(chǎng)感應(yīng)電極4的電極結(jié)構(gòu)41位于橫梁32的上下兩側(cè)；位于敏感結(jié)構(gòu)上側(cè)的電場(chǎng)感應(yīng)電極4的電極結(jié)構(gòu)411與位于敏感結(jié)構(gòu)下側(cè)的電場(chǎng)感應(yīng)電極4的電極結(jié)構(gòu)412布置在屏蔽電極3的電極結(jié)構(gòu)31的同一側(cè)。第二種混合布置方式，如圖2b所示，位于敏感結(jié)構(gòu)左側(cè)的電場(chǎng)感應(yīng)電極4和屏蔽電極3的非差分布置與位于敏感結(jié)構(gòu)右側(cè)的電場(chǎng)感應(yīng)電極4和屏蔽電極3的非差分布置對(duì)稱(chēng)布置構(gòu)成了混合布置方式，實(shí)現(xiàn)左右兩側(cè)電場(chǎng)感應(yīng)電極4有差分信號(hào)輸出。第三種差分方式布置，如圖2c所示，位于敏感結(jié)構(gòu)上側(cè)的電極結(jié)構(gòu)411與位于敏感結(jié)構(gòu)下側(cè)的電極結(jié)構(gòu)422布置在與屏蔽電極3的電極結(jié)構(gòu)31相鄰的左右兩側(cè)。傳感器的屏蔽電極3和電場(chǎng)感應(yīng)電極4的電極結(jié)構(gòu)也可以采用其它類(lèi)型的布置方式，只要屏蔽電極3水平振動(dòng)的時(shí)候電場(chǎng)感應(yīng)電極4上有交變的感應(yīng)電荷產(chǎn)生即可。本發(fā)明所述的電場(chǎng)傳感器屏蔽電極3的振動(dòng)方式可以是水平周期振動(dòng)，也可以是垂直周期振動(dòng)或周期性扭動(dòng)或其它方式的振動(dòng)。水平周期振動(dòng)是指屏蔽電極3的振動(dòng)方向與襯底1平行；垂直周期振動(dòng)是指屏蔽電極3的振動(dòng)方向與襯底1垂直；周期性扭動(dòng)是指屏蔽電極3在振動(dòng)時(shí)它的一側(cè)靠近襯底1，另一側(cè)遠(yuǎn)離襯底1或反之。只要屏蔽電極3振動(dòng)時(shí)電場(chǎng)感應(yīng)電極4上有交變的感應(yīng)電荷產(chǎn)生，屏蔽電極3的任何振動(dòng)方式均可。針對(duì)本發(fā)明所述的垂直周期振動(dòng)或周期性扭動(dòng)，屏蔽電極3和電場(chǎng)感應(yīng)電極4的電極結(jié)構(gòu)可以是結(jié)構(gòu)支撐臂一側(cè)連接電極陣列的方式，也可以是結(jié)構(gòu)支撐臂兩側(cè)連接電極陣列的方式，或者是這兩種方式的混合。支撐臂兩側(cè)的電極陣列可以相同也可以不同，電極結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形狀可以是一種、兩種或多種。本發(fā)明所述的傳感器工作模式可以是開(kāi)環(huán)模式(包括諧振和非諧振)、恒幅振動(dòng)模式或閉環(huán)自激模式。開(kāi)環(huán)模式是指微型電場(chǎng)傳感器在沒(méi)有任何反饋控制單元條件下屏蔽電極3以固定周期振動(dòng)的工作模式；恒幅振動(dòng)模式是指?jìng)鞲衅魍ㄟ^(guò)反饋控制單元不斷地改變激勵(lì)電壓使屏蔽電極3以恒定的幅值振動(dòng)的工作模式；閉環(huán)自激模式是指?jìng)鞲衅魍ㄟ^(guò)反饋控制單元不斷地改變激勵(lì)頻率使屏蔽電極3以恒定的幅值振動(dòng)的工作模式。異型電極微型電場(chǎng)傳感器工作時(shí)，屏蔽電極3固定在零電勢(shì)或非零參考電勢(shì)；驅(qū)動(dòng)電路單元6與激勵(lì)單元2相連接，從而驅(qū)動(dòng)屏蔽電極3周期振動(dòng)；信號(hào)檢測(cè)電路單元7與固定電場(chǎng)感應(yīng)電極4的錨點(diǎn)上的焊盤(pán)45連接，檢測(cè)傳感器輸出電流，從而檢測(cè)出被測(cè)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小。本發(fā)明所述的電場(chǎng)感應(yīng)電極4的輸出信號(hào)通過(guò)信號(hào)檢測(cè)電路單元7進(jìn)行電場(chǎng)信號(hào)的解算和提取。其中，信號(hào)檢測(cè)電路單元7的工作原理采用基于相敏檢測(cè)的弱信號(hào)提取電路，應(yīng)當(dāng)主要包括電荷放大器、差分電路、緩沖放大、增益控制、相敏解調(diào)電路以及高低通濾波器等部分組成。針對(duì)本發(fā)明所述的異型電極微型電場(chǎng)傳感器敏感結(jié)構(gòu)的制備，本發(fā)明可以采用 MEMSCAP公司的SOIMUMPs工藝流程，也可以采用其它MEMS加工工藝，只要能保證激勵(lì)單元 2、屏蔽電極3，電場(chǎng)感應(yīng)電極4、固定錨點(diǎn)5等所有結(jié)構(gòu)在同一結(jié)構(gòu)層，任何的MEMS工藝皆可制備。盡管已經(jīng)參考其示例性實(shí)施例來(lái)特別顯示和介紹了本發(fā)明，然而本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在不偏離權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以進(jìn)行各種形式上和細(xì)節(jié)上修改。
權(quán)利要求
1.一種異型電極微型電場(chǎng)傳感器，包括傳感器敏感單元、驅(qū)動(dòng)電路單元(6)與信號(hào)檢測(cè)電路單元(7)；其特征在于，傳感器敏感單元包括襯底(1)、激勵(lì)單元O)、屏蔽電極(3)、電場(chǎng)感應(yīng)電極(4)和錨點(diǎn)(5)；其中，襯底⑴位于傳感器敏感結(jié)構(gòu)中間位置，屏蔽電極⑶和電場(chǎng)感應(yīng)電極⑷組成的陣列固定在襯底(1)上表面，屏蔽電極(3)和電場(chǎng)感應(yīng)電極(4)交替排列；至少兩激勵(lì)單元( 固定在襯底(1)上表面，位于電極陣列周緣，分別對(duì)稱(chēng)布置在襯底 ⑴的兩側(cè)，并分別與屏蔽電極⑶電連接；多個(gè)錨點(diǎn)(5)固定在襯底(1)上表面，位于電極陣列周緣，分別兩兩對(duì)稱(chēng)布置在襯底 (1)的另兩側(cè)，并分別與電場(chǎng)感應(yīng)電極電連接；使用時(shí)，至少兩激勵(lì)單元(2)分別與驅(qū)動(dòng)電路單元(6)電連接，多個(gè)錨點(diǎn)(5)分別與信號(hào)檢測(cè)電路單元(7)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所示的傳感器，其特征在于，所述激勵(lì)單元O)、屏蔽電極(3)、電場(chǎng)感應(yīng)電極、錨點(diǎn)(5)固定在襯底(1)上表面，襯底(1)上表面有一絕緣隔離層，激勵(lì)單元O)、屏蔽電極(3)、電場(chǎng)感應(yīng)電極、錨點(diǎn)(5)固定在絕緣隔離層上表面，位于同一結(jié)構(gòu)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所示的傳感器，其特征在于，所述絕緣隔離層，為二氧化硅層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述激勵(lì)單元O)，包括激勵(lì)電極和支撐梁；激勵(lì)電極是靜電梳齒激勵(lì)電極、熱激勵(lì)電極、電磁激勵(lì)電極或壓電激勵(lì)電極其中之一，支撐梁是單梁、雙折梁、斜梁、蛇形梁或蟹子形梁其中之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述屏蔽電極(3)和電場(chǎng)感應(yīng)電極(4)分別包括橫梁(32,42)和電極結(jié)構(gòu)(31,41)；其中，電極結(jié)構(gòu)(31,41)采用結(jié)構(gòu)支撐臂 (311,411)連接電極陣列(312、412)的方式；屏蔽電極(3)的橫梁(32)和電場(chǎng)感應(yīng)電極的橫梁02)相互平行設(shè)置，結(jié)構(gòu)支撐臂(311,411)分別與橫梁(32,42)側(cè)面垂直固連，電極陣列(312,412)分別與結(jié)構(gòu)支撐臂 (311,411)側(cè)面垂直固連；結(jié)構(gòu)支撐臂(311,411)相互平行交替設(shè)置，電極陣列(312,412) 相互相對(duì)交錯(cuò)設(shè)置；屏蔽電極⑶的橫梁(32)兩端分別與激勵(lì)單元(2)電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感器，其特征在于，所述橫梁(32、42)結(jié)構(gòu)支撐臂(311、 411)，是剖面為矩形、平行四邊形或其它規(guī)則或不規(guī)則的長(zhǎng)條形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感器，其特征在于，所述電極陣列(312、412)中的電極，其結(jié)構(gòu)形狀是臺(tái)階形、梯形、三角形、圓形、半圓形或平行四邊形其中之一，或幾種的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感器，其特征在于，所述電極結(jié)構(gòu)(31、41)，采用蛇形結(jié)構(gòu)、 梯形蛇形結(jié)構(gòu)、臺(tái)階型蛇形結(jié)構(gòu)其中之一，或幾種的組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求5、7或8所述的傳感器，其特征在于，所述屏蔽電極(3)和電場(chǎng)感應(yīng)電極的電極結(jié)構(gòu)相同，或不同，采用相同的電極陣列，或采用不同的電極陣列。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的傳感器，其特征在于，所述屏蔽電極(3)和電場(chǎng)感應(yīng)電極(4)結(jié)構(gòu)布置方式有混合布置方式、差分布置方式或非差分布置方式。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器的工作模式是包括諧振和非諧振的開(kāi)環(huán)模式、恒幅振動(dòng)模式或閉環(huán)自激模式其中之一。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述屏蔽電極(3)的振動(dòng)方式是水平周期振動(dòng)、垂直周期振動(dòng)或周期性扭動(dòng)其中之一。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器在垂直周期振動(dòng)或周期性扭動(dòng)時(shí)，屏蔽電極(3)和電場(chǎng)感應(yīng)電極的電極結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)支撐臂(311、411) 一側(cè)連接電極陣列，或是結(jié)構(gòu)支撐臂(311、411)兩側(cè)連接電極陣列，或是這兩種方式的組合。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器敏感單元，一個(gè)敏感單元構(gòu)成一維電場(chǎng)傳感器，一個(gè)以上的敏感單元構(gòu)成一維、二維或三維電場(chǎng)傳感器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述錨點(diǎn)( 上表面設(shè)有焊盤(pán)(45)， 通過(guò)焊盤(pán)0 分別與電場(chǎng)感應(yīng)電極的橫梁(42)、信號(hào)檢測(cè)電路單元(7)電連接。
全文摘要
本發(fā)明的一種異型電極微型電場(chǎng)傳感器，涉及傳感器技術(shù)，傳感器敏感結(jié)構(gòu)包括襯底、激勵(lì)單元、屏蔽電極、電場(chǎng)感應(yīng)電極、錨點(diǎn)等部分。其中，激勵(lì)單元包括激勵(lì)電極和支撐梁，對(duì)稱(chēng)布置在傳感器敏感結(jié)構(gòu)的兩側(cè)；屏蔽電極和電場(chǎng)感應(yīng)電極交錯(cuò)排列，布置在傳感器敏感結(jié)構(gòu)中間位置區(qū)域。激勵(lì)單元、屏蔽電極、電場(chǎng)感應(yīng)電極、錨點(diǎn)等位于同一結(jié)構(gòu)層。本發(fā)明的微型電場(chǎng)傳感器通過(guò)采用異型結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)感應(yīng)電極和屏蔽電極，增加了傳感器中電場(chǎng)感應(yīng)電極在單位時(shí)間內(nèi)電荷的改變量，從而提高了微型電場(chǎng)傳感器的靈敏度。
文檔編號(hào)G01R29/12GK102445604SQ20101050416
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者夏善紅, 彭春榮, 楊鵬飛 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所