压电谐振式压力传感器、补偿系统及制备方法与流程

本技术涉及电子核心产业中敏感元件及传感器制造，尤其涉及一种压电谐振式压力传感器、补偿系统及制备方法。

背景技术：

1、压力传感器可以按照一定的规律将接收的压力信号转换为电信号，并将电信号输出至其他设备，属于敏感元件。压力传感器广泛应用于汽车、石油、航空航天、智能硬件等技术领域，属于电子核心产业技术领域。

2、随着微机电系统(mems，micro-electro-mechanical system)技术的发展，压力传感器可以和微机电系统技术相结合实现压力传感器的批量生产，提高压力传感器的生产效率。

3、根据工作原理的不同，压力传感器可以分为压电谐振式压力传感器、压阻式压力传感器、电容式压力传感器、压电式压力传感器等。其中，压电谐振式压力传感器具有稳定性好、精确度较高等的优点，可以适用于对精度要求较高、工作环境较为恶劣的场景。

4、基于现有压电谐振式压力传感器的结构，压电谐振式压力传感器的压力检测范围较小，可能影响压电谐振式压力传感器的适用范围。

技术实现思路

1、本技术提供一种压电谐振式压力传感器，以扩大压电谐振式压力传感器的压力检测范围，扩大压电谐振式压力传感器的适用范围。

2、第一方面，本技术示例提供一种压电谐振式压力传感器，应用于电子核心产业。该压电谐振式压力传感器包括谐振组件、压电组件、连接组件以及压力敏感组件。其中，谐振组件设有谐振腔。压电组件设于谐振组件的一侧，连接组件连接于压电组件背离所述谐振组件的一侧，且连接组件直接或间接地与外接电路连接。压力敏感组件设于压电组件背离谐振组件的一侧，压力敏感组件用于接收待检测压力，压力敏感组件包括受压区域。沿谐振组件至压力敏感组件的方向，谐振腔的投影至少部分落入受压区域内。

3、根据本技术示例提供的压电谐振式压力传感器，受压区域能够接收待检测压力，待检测压力能够通过压力敏感组件与连接组件传递至压电组件，通过压电组件的特性对待检测压力进行检测。由于压电组件通过连接组件连接在压力敏感组件的一侧，使得受压区域与压电组件间隔设置，且由于具有谐振腔的谐振组件设置在压电组件背离连接组件的一侧，在压电组件带动谐振组件振动时，连接组件与压电组件之间的空间以及谐振腔均能够为压电组件提供形变空间，降低压电组件因发生振动导致形变量较大，进而导致压电组件发生破损的可能性。

4、在压电组件发生破损的可能性降低的情况下，本技术示例提供的压电谐振式压力传感器可以承受较大的待检测压力，从而提高了压电谐振式压力传感器测量压力的范围，扩大了压电谐振式压力传感器的测量范围，扩大了压电谐振式压力传感器的适用范围，扩大了压电谐振式压力传感器的适用范围，使得压电谐振式压力传感器可以广泛应用于电子核心产业技术领域。

5、此外，相比较现有压电谐振式压力传感器中谐振腔与受压区域错落设置，本技术示例提供的压电谐振式压力传感器沿谐振薄膜至压力谐振组件的方向，谐振腔的投影至少部分落入压力腔的投影范围内，占用空间更小，可以减小谐振式压电传感的体积，有利于压电谐振式压力传感器的小型化，有利于压电谐振式压力传感器的集成化发展。

6、在一些可能的实现方式中，压力敏感组件背离压电组件的一侧设有压力腔，压力腔用于接收待检测压力，受压区域处于压力腔内。

7、通过设置压力腔，便于操作人员控制气体或者液体等流体对压力腔的腔壁施加待检测压力，通过设置压力腔可以使得压力敏感薄膜的受力较为集中。

8、在一些可能的实现方式中，压力敏感组件包括压力敏感薄膜和谐振衬底，谐振衬底设于压力敏感薄膜背离压电组件的一侧，谐振衬底设有第一通孔，压力敏感薄膜封闭第一通孔朝向谐振组件的开口，压力敏感薄膜与第一通孔配合形成压力腔。

9、在一些可能的实现方式中，压力敏感组件包括压力敏感薄膜、谐振衬底以及第二埋氧层，第二埋氧层设于压力敏感薄膜与谐振衬底之间，压力敏感薄膜与谐振衬底通过第二埋氧层连接，压力敏感组件设有第一通孔，第一通孔贯穿谐振衬底与埋氧层，压力敏感薄膜封闭第一通孔朝向谐振组件的开口，压力敏感薄膜与第一通孔配合形成压力腔。或者，第一通孔贯穿谐振衬底，第二埋氧层封闭第一通孔朝向谐振组件的开口，第二埋氧层与第一通孔配合形成压力腔。

10、通过设置第二埋氧层可以保证压力敏感薄膜与谐振衬底之间的绝缘性，也可以保证压力组件与谐振组件之间的绝缘性，保证压电谐振式压力传感器的使用可靠性。

11、第二埋氧层还可以降低环境因素中温度对压电谐振式压力传感器的影响，保证谐振式压传感器的检测准确性。

12、在一些可能的实现方式中，谐振组件包括相连接的谐振基底和谐振薄膜，谐振基底朝向谐振薄膜的一侧设有谐振凹槽，谐振薄膜与谐振凹槽配合形成谐振腔。谐振薄膜背离谐振基底的一侧与压电组件连接。

13、在一些可能的实现方式中，谐振组件还包括第一埋氧层，谐振基底与谐振薄膜通过第一埋氧层连接。

14、在一些可能的实现方式中，压电组件包括第一电极层、压电层、第二电极层、连接层以及引线电极层。引线电极层背离谐振组件的一侧与连接组件连接，引线电极层与朝向谐振组件的一侧与第一电极、连接层以及第二电极连接，引线电极层与第一电极的连接位置、引线电极层与连接层的连接位置以及引线电极层与第二电极的连接位置相互间隔。连接层朝向谐振组件的一侧与压电层以及第一电极连接，连接层与压电层的连接位置以及连接层与第一电极的连接位置相互间隔。部分压电层设置在第一电极与第二电极之间，第二电极背离压电层的一侧与谐振组件连接。

15、相比较电阻检测型压电传感器需要设置惠斯通电桥、电容检测型压力传感器需要设置电容电桥，本技术示例提供的压电谐振式压力传感器不需要设置额外的检测电路，只需要压电组件便可对待检测压力进行检测，结构更加简单，制造成本较低。

16、在一些可能的实现方式中，第二电极层包括至少一个第二电极，第一电极层包括至少两个间隔设置的第一电极，引线电极层包括第二引线电极与至少间隔设置的两个第一引线电极，连接层包括第二连接部与至少两个间隔设置的第一连接部，连接组件包括第一连线电极、第二连线电极、第一连接部以及第二连接部。第一引线电极的一侧与第一电极连接，第一引线电极的另一侧通过第一连接部与第一连线电极连接，第一连线电极直接或间接地与外接电路的第一部位连接。第二引线电极的一侧与第二电极连接，第二引线电极的另一侧通过第二连接部与第二连线电极连接，第二连线电极直接或间接地与外接电路的第二部位连接。

17、本技术的第二方面提供一种补偿系统，该补偿系统包括集成于一体的驱动部件、检测部件以及上述任一示例提及的压电谐振式压力传感器，至少两个压电谐振式压力传感器包括至少一个受压传感器与至少一个补偿传感器。

18、由于受压传感器和补偿传感器集成在一起，具有相同的谐振薄膜，温度、振动、冲击等环境因素会对受压传感器与补偿传感器的谐振薄膜产生相同的影响，从而受压传感器与补偿传感器的谐振薄膜基于环境因素的影响能够有相同的输出。

19、基于此，检测部件检测受压传感器与补偿传感器的谐振频率时，只要将受压传感器输出的谐振频率减去补偿传感器输出的谐振频率，再提取最终的谐振频率，即可排除环境因素的影响，提高补偿系统对待检测压力的检测准确性。

20、本技术的第三方面提供一种系统压电谐振式压力传感器的制备方法，适用于上述任一示例提及的压电谐振式压力传感器，方法用于将csoi晶片与soi晶片加工成压电谐振式压力传感器，csoi晶片包括第一器件层，第一埋氧层以及第一衬底层，第一衬底层上设有谐振腔，第一器件层封闭谐振腔的开口。soi晶片包括第二器件层、第二埋氧层以及第二衬底层。该方法包括以下步骤：

21、取csoi晶片，设置第一器件层的厚度为谐振薄膜的厚度。

22、在第一器件层背离谐振腔的一侧设置压电组件。

23、取soi晶片，第二器件层的厚度为压力敏感薄膜的厚度。

24、在所述第二器件层背离所述第二埋氧层侧加工连接组件。

25、键合连接所述压电组件与所述连接组件。

26、在第二衬底层背离所述第二埋氧层侧开设压力腔，沿谐振薄膜至谐振组件的方向，谐振腔的投影至少部分落入压力腔的投影范围内。