用于電容式溫度計的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般而言涉及微制造設(shè)備和電路，并且在具體實施例中，涉及用于電容式溫度計的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]換能器將信號從一個域變換到另一個域，并且通常用于傳感器中。日常生活中所見的一個常見的傳感器是溫度計。各種換能器通過將溫度信號變換為電信號而作為溫度計使用存在。
[0003]基于傳感器的微電機系統(tǒng)(MEMS)包括使用微加工技術(shù)生產(chǎn)的換能器系列。MEMS通過測量換能器中的物理狀態(tài)的變化收集來自環(huán)境的信息，并將信號傳遞到與MEMS傳感器連接的處理電子器件。使用與用于集成電路的技術(shù)類似的微加工制造技術(shù)可以制造MEMS
目.ο
[0004]此外，溫度通常是在大量應用中測量的。例如，了解溫度以及溫度是如何變化的對人類或動物的保健和診斷或者在制造或系統(tǒng)運行時可靠性和系統(tǒng)健康的監(jiān)測是有用的。在具體示例中，在監(jiān)測針對傳染病、疾病和受傷的代謝反應時，監(jiān)測病人的體溫可能對醫(yī)護人員是有用的。存在許多種溫度計系統(tǒng)用于不同環(huán)境中而處理具體應用。
[0005]例如，這種變化的應用在源、信號測量和傳輸、魯棒性、裝置壽命、裝置定位以及其它領(lǐng)域等方面提出了許多挑戰(zhàn)。期望創(chuàng)造性的構(gòu)想以增加溫度計的有效性和應用的數(shù)目。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本文所公開的各種實施例包括含有可偏轉(zhuǎn)膜和傳感電極的電容式溫度計?？善D(zhuǎn)膜被配置為基于可偏轉(zhuǎn)膜的溫度調(diào)節(jié)電電容。
【附圖說明】
[0007]為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)將結(jié)合附圖參考以下描述，其中:
[0008]圖1示出了包括溫度計的實施例系統(tǒng)的系統(tǒng)級圖；
[0009]圖2a和2b示出了實施例電容式溫度計的示意圖；
[0010]圖3a和3b分別示出了另一個實施例電容式溫度計的截面圖和俯視圖；
[0011]圖4示出了另一個實施例電容式溫度計的截面圖；
[0012]圖5a和5b示出了實施例半導體系統(tǒng)的俯視圖和截面圖；
[0013]圖6a_6c示出了其它實施例電容式溫度計的截面圖；
[0014]圖7示出了用于實施例電容式溫度計的實施例制造順序的框圖；
[0015]圖8a和8b示出了顯示用于實施例系統(tǒng)的膜偏轉(zhuǎn)的示例繪圖；
[0016]圖9示出了實施例操作方法的模塊圖；以及
[0017]圖10示出了又一個實施例電容式溫度計的截面圖。
[0018]除非另有說明，不同附圖中對應的附圖標記和符號一般表示對應的部件。所繪附圖用已清楚地示出實施例的相關(guān)方面而不需要按比例繪制。
【具體實施方式】
[0019]下面將具體描述各種實施例的制造和使用。然而，應當理解的是，本文所描述的各種實施例適用于很多不同的具體環(huán)境。所描述的具體實施例僅是用以制造和使用各種實施例的具體方式的說明，而不應當被解釋為限制范圍。
[0020]根據(jù)在具體環(huán)境下的各種實施例，即溫度計，以及更具體地，MEMS溫度計作出描述。本文所描述的各種實施例的一些包括MEMS溫度計、電容式溫度計、RF電路、具有RF電路的電容式溫度計和可移植溫度計。在其它實施例中，這些方面也可以應用于包含其它類型的根據(jù)本領(lǐng)域已知的任何方式將物理信號轉(zhuǎn)換至另一個域的傳感器或換能器的其它應用場合中。
[0021]根據(jù)各種實施例，公開了電容式溫度計。在一些實施例中，可以使用溫度計而不需要外部連接或內(nèi)部電源。溫度信息在很多應用中是有用的；然而，獲取測量點可能帶來一些挑戰(zhàn)。本文所公開的實施例溫度計包括電容式MEMS溫度計。一些實施例包括RF通信。通過具有在RLC電路中作為電容器的電容式溫度計的電阻電感電容(RLC)電路提供了 RF通信。一些實施例包括用于監(jiān)測健康或相關(guān)生理變化的安置在人類或動物體內(nèi)的合適位置的可移植溫度計。其它實施例包括用于其它不可訪問位置的封裝的溫度計，例如在化學反應或機能機器中。本文所公開的實施例溫度計可以用簡單的過程制造，并且在一些情況下可以形成于單個半導體裸片上而沒有外部連接或內(nèi)部電源。
[0022]圖1示出了包括在不可訪問系統(tǒng)101中的溫度計100以及與溫度計100通信的射頻(RF)裝置105的實施例系統(tǒng)。根據(jù)各種實施例，不可訪問系統(tǒng)101包括因為成本和操作要求而難以訪問或不可訪問的多種系統(tǒng)。例如，不可訪問系統(tǒng)101可以包括活人或動物體內(nèi)的元件。在其它實施例中，不可訪問系統(tǒng)11包括在機器中的內(nèi)部位置。在各種實施例中，為了測量在某些位置的溫度，單個實施例溫度計100或多個溫度計100包括在不可訪問系統(tǒng)101中。在一些實施例中，溫度測量的位置是固定的。在其它實施例中，位置是動態(tài)的。
[0023]根據(jù)各種實施例，溫度計100沒有內(nèi)部電源或外部連接。在這種實施例中，通過RF裝置105無線地提供通信和功率。如圖所示，RF裝置發(fā)送信號至不可訪問系統(tǒng)101內(nèi)的一個或多個實施例溫度計100。溫度計100接收發(fā)送的信號并產(chǎn)生將溫度計100上各個位置的的溫度傳遞回至RF裝置105的響應信號。在各種實施例中，RF裝置105可以確定溫度，或RF裝置105可以耦合至基于從溫度計100接收到的響應信號而確定在各個位置上溫度的任何類型的處理器(未示出)。在使用多于一個溫度計100的實施例中，可以包括對每個溫度計的識別。在一些實施例中，每個溫度計可以包括帶有唯一或半唯一識別的RFID標簽。在其它實施例中，溫度計的RF特性可能不同于系統(tǒng)中的其它溫度計。例如，正如下面將進一步描述的，每個溫度計可能具有在不同頻率帶寬產(chǎn)生不同RF響應的不同阻抗值。在又一個實施例中，每個溫度計可能包括具有被配置為對裝置識別信息進行通信和存儲的一些控制器的集成電路(1C)。在這種情況下，IC中的控制器可以使用任何類型的通信協(xié)議與RF裝置105通信。在另外的實施例中，溫度計100也可以是安裝在特定位置的有線裝置并通過有線連接通信，以確定特定位置的溫度。
[0024]圖2a和圖2b示出了包括封裝在模塑料104中的溫度計和射頻(RF)電路102的實施例溫度計系統(tǒng)100。模塑料104可以是各種實施例中的任何材料，并且可以以任何形狀形成在RF電路102的周圍。根據(jù)可移植裝置的各種實施例，模塑料104可以包括任何生物相容材料。具體地，模塑料可以包括例如堿石灰或硅硼玻璃。進一步地，模塑料104可以密封在溫度計102周圍。
[0025]圖2b示出了 RF電路102的實施例電路圖。根據(jù)各種實施例，RF電路102包括電阻器106、電感器108和附接到地面114的電容式溫度計110。在一些實施例中，電阻器是電路中的分離元件。在其它實施例中，電阻器是電容器或電感器中的寄生電阻。在一些實施例中，電阻器106、電感器108和電容式溫度計110包括在單個基底或晶片120上，例如硅基底。所示的信號源112用以表示引起電路的激勵的傳輸?shù)絉F電路102的RF信號。
[0026]根據(jù)各種實施例，RF裝置105，如圖1所示，傳輸以信號源112為模型的信號。傳輸信號激勵RF電路102并使RF電路102基于RF電路102的RLC特性傳輸響應信號。RF電路102的電容由電容式溫度計110提供。根據(jù)各種實施例，電容式溫度計110的電容取決于結(jié)構(gòu)的溫度。因此，由于RF電路102的RLC特性是依賴于電容式溫度計110的，RF電路102的溫度在響應信號中傳遞。下面參考其它附圖描述電容式溫度計110的結(jié)構(gòu)。
[0027]圖3a和3b分別示出了實施例電容式溫度計IlOa的截面圖和俯視圖。根據(jù)各種實施例，電容式溫度計IlOa包括可偏轉(zhuǎn)膜134和氧化物140以及形成在基底130中的剛性傳感電極132。腔150和152由膜134分離，以及腔152和154由傳感電極132分離。在各種實施例中，膜134和傳感電極132都包括通風孔。通風孔可以是足夠大的以防止腔150、152和154之間的壓力不同。在一些實施例中，膜134或傳感電極132可以包括多個通風孔。
[0028]根據(jù)各種實施例，膜134包括多晶硅層138和鋁層136。這些層包括兩個不同的熱膨脹系數(shù)。在這種實施例中，隨著溫度的改變，膜134將基于多晶硅層138和鋁層136的膨脹或收縮率的差別偏轉(zhuǎn)。隨著膜134的偏轉(zhuǎn)，膜134和傳感電極132之間形成的電容將被修改。電容的變化將在耦合到傳感電極132的觸點144和耦合到膜134中的鋁層136的觸點144之間產(chǎn)生電壓或電流信號。因此，電容式溫度計IlOa的電容是與溫度有關(guān)的。在一些實施例中，傳感電極由摻雜硅形成。
[0029]在各種實施例中，所使用的材料可以從許多不同的材料中選擇。例如，觸點144和148可以由任何導電材料形成，例如金屬或摻雜半導體。例如，傳感電極132可以由摻雜半導體、金屬、金屬化合物或多晶硅形成。同樣，膜134可以由具有兩種不同熱膨脹系數(shù)的兩種材料形成