本發(fā)明是一種基于MEMS在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)的壓力傳感器，屬于微電子器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)。近年來，壓力傳感器的發(fā)展越來越趨向于微型化。微壓力傳感器是采用半導(dǎo)體材料和MEMS工藝制造的新型壓力傳感器。與傳統(tǒng)壓力傳感器比擬，微壓力傳感用具有精度高、敏捷度高、動(dòng)態(tài)特性好、體積小、耐侵蝕、成本低等長(zhǎng)處。近年來，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，而傳感器作為物聯(lián)網(wǎng)中的必要組成部分，也必將得到進(jìn)一步推廣和應(yīng)用，在這樣的形勢(shì)下，開展壓力傳感器產(chǎn)業(yè)化方面的工作是非常有意義的。

因此，本發(fā)明是基于MEMS在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)的壓力傳感器，當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)，造成腔體薄膜發(fā)生形變，導(dǎo)致在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)的共面波導(dǎo)信號(hào)線與MEMS膜橋之間的距離發(fā)生改變，從而使得耦合電容發(fā)生變化，這會(huì)使得耦合出的微波功率發(fā)生變化，進(jìn)而使得熱電堆輸出的熱電勢(shì)發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量。相比而言，基于MEMS在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)的壓力傳感器具有以下主要特點(diǎn)：一、MEMS在線式微波功率傳感器的耦合電容結(jié)構(gòu)對(duì)薄膜形變更加敏感，且耦合電容的改變對(duì)耦合度影響很大，因此可以提高靈敏度；二、該壓力傳感器為電壓輸出，相較于傳統(tǒng)壓力傳感器的電容或電阻變化量的輸出更易于測(cè)量；三、該壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、且消耗的功率低，可以實(shí)現(xiàn)高可靠、微型化和低功耗的應(yīng)用需求；四、該壓力傳感器的制作無需特殊的材料并且與Si或GaAs工藝完全兼容。

基于以上MEMS在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)的壓力傳感器特點(diǎn)，很明顯的可以看出本發(fā)明與傳統(tǒng)的壓力傳感器相比提高了靈敏度，輸出測(cè)量更加簡(jiǎn)易，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功耗低的特點(diǎn)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)與Si或GaAs工藝兼容，具有高重復(fù)性、低生產(chǎn)成本等優(yōu)點(diǎn)，很好的滿足了集成電路對(duì)器件的基本要求。因此，基于MEMS在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)的壓力傳感器具有較好的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)潛力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提供一種基于MEMS在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)的壓力傳感器，該壓力傳感器利用腔體薄膜感應(yīng)壓力的變化，通過壓力變化時(shí)腔體薄膜發(fā)生形變，導(dǎo)致在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)的共面波導(dǎo)信號(hào)線與MEMS膜橋之間的距離發(fā)生改變，從而使得耦合電容發(fā)生變化，這會(huì)使得耦合出的微波功率發(fā)生變化，進(jìn)而使得熱電堆輸出的熱電勢(shì)發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量。采用該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度、電壓輸出和低功耗，并且能與Si或GaAs工藝相兼容，解決在材料、工藝、可靠性、可重復(fù)性和生產(chǎn)成本等諸多方面的問題，從而為實(shí)現(xiàn)基于MEMS在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)的壓力傳感器在工業(yè)自控領(lǐng)域中的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了支持和保證。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于MEMS在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)的壓力傳感器，該壓力傳感器包括感知壓力的腔體薄膜和設(shè)置在腔體薄膜上表面的在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)；其中，

在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)包括MEMS膜橋、第一終端式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)、與第一終端式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)沿MEMS膜橋中心線對(duì)稱設(shè)置的第二終端式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)、設(shè)置在腔體薄膜上表面且設(shè)置在MEMS膜橋下方的總共面波導(dǎo)信號(hào)線、總共面波導(dǎo)地線和總共面波導(dǎo)地線；MEMS膜橋跨接在第一終端式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)和第二終端式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)之間；

第一終端式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)包括第一共面波導(dǎo)信號(hào)線、第一共面波導(dǎo)地線、第二共面波導(dǎo)地線、第一電阻、第二電阻和第一熱電堆；第一共面波導(dǎo)地線和第二共面波導(dǎo)地線分別設(shè)置在第一共面波導(dǎo)信號(hào)線兩側(cè)且相距一定距離；第一電阻布置在第一共面波導(dǎo)信號(hào)線和第一共面波導(dǎo)地線之間，第二電阻布置在第一共面波導(dǎo)信號(hào)線和第二共面波導(dǎo)地線之間，第一熱電堆設(shè)置在第一共面波導(dǎo)信號(hào)線相對(duì)的位置且與其相距一定距離；

第二終端式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)包括第二共面波導(dǎo)信號(hào)線、第三共面波導(dǎo)地線、第四共面波導(dǎo)地線、第三電阻、第四電阻和第二熱電堆；第三共面波導(dǎo)地線和第四共面波導(dǎo)地線分別設(shè)置在第二共面波導(dǎo)信號(hào)線兩側(cè)且相距一定距離；第三電阻布置在第二共面波導(dǎo)信號(hào)線和第三共面波導(dǎo)地線之間，第四電阻布置在第二共面波導(dǎo)信號(hào)線和第四共面波導(dǎo)地線之間，第二熱電堆設(shè)置在第二共面波導(dǎo)信號(hào)線相對(duì)的位置且與其相距一定距離；

總共面波導(dǎo)信號(hào)線和MEMS膜橋構(gòu)成耦合電容結(jié)構(gòu)。

當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)，造成腔體薄膜發(fā)生形變，使總共面波導(dǎo)信號(hào)線與MEMS膜橋之間的距離發(fā)生改變，從而使得總共面波導(dǎo)信號(hào)線和MEMS膜橋構(gòu)成的耦合電容發(fā)生變化。

有益效果：該壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，整個(gè)傳感器通過微電子加工工藝，結(jié)構(gòu)尺寸的精度可以達(dá)到較高水平，體積大幅縮小，有利于實(shí)現(xiàn)傳感器的小型化；該壓力傳感器選用腔體薄膜來感應(yīng)壓力的變化，通過耦合電容的變化實(shí)現(xiàn)壓力測(cè)量，靈敏度高。

近年來，壓力傳感器的發(fā)展越來越趨向于微型化，本發(fā)明是基于MEMS在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)的壓力傳感器，當(dāng)腔體薄膜所受壓力發(fā)生變化時(shí)，腔體薄膜發(fā)生形變，導(dǎo)致在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)的共面波導(dǎo)信號(hào)線與MEMS膜橋之間的距離發(fā)生改變，從而使得耦合電容發(fā)生變化，這會(huì)使得耦合出的微波功率發(fā)生變化，進(jìn)而使得熱電堆輸出的熱電勢(shì)發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量。該壓力傳感器具有高的靈敏度，且通過電壓輸出易于測(cè)量，極大拓展了壓力傳感器的實(shí)際適用性。同時(shí)，基于MEMS在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)的壓力傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功耗低、可靠性高等諸多優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1是基于MEMS在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)的壓力傳感器俯視圖。

其中有：腔體薄膜1、在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)2、MEMS膜橋2c、第一終端式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)2a、第一共面波導(dǎo)信號(hào)線2a1、第一共面波導(dǎo)地線2a2、第二共面波導(dǎo)地線2a3、第一電阻2a4、第二電阻2a5、第一熱電堆2a6、第二終端式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)2b、第二共面波導(dǎo)信號(hào)線2b1、第三共面波導(dǎo)地線2b2、第四共面波導(dǎo)地線2b3、第三電阻2b4、第四電阻2b5、第二熱電堆2b6、總共面波導(dǎo)信號(hào)線2d1、總共面波導(dǎo)地線2d2和總共面波導(dǎo)地線2d3。

圖2是基于MEMS在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)的壓力傳感器剖面圖。

其中有：腔體薄膜1、MEMS膜橋2c、總共面波導(dǎo)信號(hào)線2d1、和腔體3。

圖3是基于MEMS在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)的壓力傳感器剖面圖。

其中有：腔體薄膜1、MEMS膜橋2c、總共面波導(dǎo)信號(hào)線2d1、總共面波導(dǎo)地線2d2、總共面波導(dǎo)地線2d3、第一共面波導(dǎo)信號(hào)線2a1、第二共面波導(dǎo)信號(hào)線2b1、第一熱電堆2a6、第二熱電堆2b6和腔體3。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

參見圖1，本發(fā)明提供了一種基于MEMS在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)的壓力傳感器，該壓力傳感器包括感知壓力的腔體薄膜1和設(shè)置在腔體薄膜1上表面的在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)2；其中，

在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)2包括MEMS膜橋2c、第一終端式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)2a、與第一終端式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)2a沿MEMS膜橋2c中心線對(duì)稱設(shè)置的第二終端式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)2b、設(shè)置在腔體薄膜1上表面且設(shè)置在MEMS膜橋2c下方的總共面波導(dǎo)信號(hào)線2d1、總共面波導(dǎo)地線2d2和總共面波導(dǎo)地線2d3；MEMS膜橋2c跨接在第一終端式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)2a和第二終端式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)2b之間；

第一終端式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)2a包括第一共面波導(dǎo)信號(hào)線2a1、第一共面波導(dǎo)地線2a2、第二共面波導(dǎo)地線2a3、第一電阻2a4、第二電阻2a5和第一熱電堆2a6；第一共面波導(dǎo)地線2a2和第二共面波導(dǎo)地線2a3分別設(shè)置在第一共面波導(dǎo)信號(hào)線2a1兩側(cè)且相距一定距離；第一電阻2a4布置在第一共面波導(dǎo)信號(hào)線2a1和第一共面波導(dǎo)地線2a2之間，第二電阻2a5布置在第一共面波導(dǎo)信號(hào)線2a1和第二共面波導(dǎo)地線2a3之間，第一熱電堆2a6設(shè)置在第一共面波導(dǎo)信號(hào)線2a1相對(duì)的位置且與其相距一定距離；

第二終端式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)2b包括第二共面波導(dǎo)信號(hào)線2b1、第三共面波導(dǎo)地線2b2、第四共面波導(dǎo)地線2b3、第三電阻2b4、第四電阻2b5和第二熱電堆2b6；第三共面波導(dǎo)地線2b2和第四共面波導(dǎo)地線2b3分別設(shè)置在第二共面波導(dǎo)信號(hào)線2b1兩側(cè)且相距一定距離；第三電阻2b4布置在第二共面波導(dǎo)信號(hào)線2b1和第三共面波導(dǎo)地線2b2之間，第四電阻2b5布置在第二共面波導(dǎo)信號(hào)線2b1和第四共面波導(dǎo)地線2b3之間，第二熱電堆2b6設(shè)置在第二共面波導(dǎo)信號(hào)線2b1相對(duì)的位置且與其相距一定距離；

總共面波導(dǎo)信號(hào)線2d1和MEMS膜橋2c構(gòu)成耦合電容結(jié)構(gòu)。

當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)，造成腔體薄膜1發(fā)生形變，使總共面波導(dǎo)信號(hào)線2d1與MEMS膜橋2c之間的距離發(fā)生改變，從而使得總共面波導(dǎo)信號(hào)線2d1和MEMS膜橋2c構(gòu)成的耦合電容發(fā)生變化。

在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)2是在總共面波導(dǎo)信號(hào)線2d1上放置一個(gè)MEMS膜橋2c，共面波導(dǎo)信號(hào)線2d1和MEMS膜橋2c構(gòu)成耦合電容，該耦合電容耦合出共面波導(dǎo)信號(hào)線2d1上的一部分微波功率，耦合出的微波功率會(huì)在兩端的第一終端式微波功率傳感器2a和第二終端式微波功率傳感器2b的第一電阻2a4、第二電阻2a5、第三電阻2b4、第四電阻2b5上被消耗并產(chǎn)生熱量，造成第一電阻2a4、第二電阻2a5、第三電阻2b4、第四電阻2b5周圍的溫度變化，第一熱電堆2a6、第二熱電堆2b6感應(yīng)這種溫度變化并輸出熱電勢(shì)，通過對(duì)輸出熱電勢(shì)加以測(cè)量，從而得出微波功率的大??；該在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)2放置在感知壓力的腔體薄膜1上，當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)，造成腔體薄膜1發(fā)生形變，導(dǎo)致在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)2的總共面波導(dǎo)信號(hào)線2d1與MEMS膜橋2c之間的距離發(fā)生改變，從而使得耦合電容發(fā)生變化，這會(huì)使得耦合出的微波功率發(fā)生變化，進(jìn)而使得第一熱電堆2a6、第二熱電堆2b6輸出的熱電勢(shì)發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)壓力的測(cè)量。

本發(fā)明中基于MEMS在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)的壓力傳感器不同于傳統(tǒng)的壓力傳感器，該壓力傳感器具有以下主要特點(diǎn)：一、MEMS在線式微波功率傳感器的耦合電容結(jié)構(gòu)對(duì)薄膜形變更加敏感，且耦合電容的改變對(duì)耦合度影響很大，因此可以提高靈敏度；二、該壓力傳感器為電壓輸出，相較于傳統(tǒng)壓力傳感器的電容或電阻變化量的輸出更易于測(cè)量；三、該壓力傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、且消耗的功率低，可以實(shí)現(xiàn)高可靠、微型化和低功耗的應(yīng)用需求；四、該壓力傳感器的制作無需特殊的材料并且與Si或GaAs工藝完全兼容。

區(qū)分是否為該結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)如下：

(a)采用MEMS在線式微波功率傳感器結(jié)構(gòu)，

(b)采用腔體薄膜感應(yīng)壓力變化，

(c)采用耦合電容結(jié)構(gòu)感應(yīng)腔體薄膜的形變。

滿足以上三個(gè)條件的結(jié)構(gòu)即應(yīng)視為該結(jié)構(gòu)的壓力傳感器。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。