CN115728511A - 敏感结构及敏感结构的形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种敏感结构及敏感结构的形成方法，结构包括：惯性质量块，所述惯性质量块包括相对的第一面和第二面；环绕所述惯性质量块的支撑部；固定连接于所述支撑部和惯性质量块之间的弹性梁结构，所述弹性梁结构包括若干第一弹性层和若干第二弹性层，所述第一弹性层到第一面的距离小于第二弹性层到第一面的距离，所述第一弹性层和第二弹性层在第一面的平行面上的投影不重合。所述敏感结构的性能得到提升。
Description
技术领域
本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种敏感结构及敏感结构的形成方法。
背景技术
加速度传感器主要应用于惯性导航、振动以及倾角测量，在先进制造、航天国防、资源环境、健康医药、智慧地球和物联网等众多领域都有广泛重大需求。
加速度传感器按信号检测方式分类，可以分为电学检测传感器和光学检测加速度传感器。
光学检测加速度计采用光学信号测量质量块的惯性力或位移，与电学检测传感器相比，最为显著的优势就是提高了抗电磁干扰能力，在高电压、易燃易爆等特殊场合也有显著的应用优势。光学检测加速度传感器为了提高传输距离，通常采用光纤作为信号传输手段，因此，衍生出了光纤加速度传感器。光纤加速度传感器按光纤传感机理可以分为光强调制、相位调制、波长调制和频率调制等几类。
敏感结构作为光纤加速度传感器的重要结构，敏感结构的抗干扰能力会直接影响到光纤加速度传感器的测量精度。
因此，敏感结构的稳定性和抗干扰性能需要持续改善以提升光纤加速度传感器的测量精度。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种敏感结构及敏感结构的形成方法，以改善敏感结构的稳定性和抗干扰性能。
为解决上述技术问题，本发明技术方案提供一种敏感结构，包括：惯性质量块，所述惯性质量块包括相对的第一面和第二面；环绕所述惯性质量块的支撑部；固定连接于所述支撑部和惯性质量块之间的弹性梁结构，所述弹性梁结构包括若干第一弹性层和若干第二弹性层，所述第一弹性层到第一面的距离小于第二弹性层到第一面的距离，所述第一弹性层和第二弹性层在第一面的平行面上的投影不重合。
可选的，所述惯性质量块还包括相对的两个第一侧壁以及相对的两个第二侧壁，所述第一侧壁与第二侧壁相连且相互垂直；若干所述第一弹性层分别固定于两个第一侧壁上和两个第二侧壁上，若干所述第二弹性层分别固定于两个第一侧壁上和两个第二侧壁上。
可选的，若干所述第一弹性层围绕所述惯性质量块均匀分布；若干所述第二弹性层围绕所述惯性质量块均匀分布。
可选的，在平行于第一面的方向上，每一个第一弹性层与一个第二弹性层相邻，且相邻的第一弹性层和第二弹性层位于不同的侧壁上。
可选的，任一第一侧壁上或第二侧壁上固定有一个第一弹性层和一个第二弹性层。
可选的，所述第一弹性层在第一面的平行面上的投影图形为“S”型；所述第一弹性层包括若干平行排列的第一梁，以及连接相邻第一梁和连接第一梁和惯性质量块的第一连接层，位于第一侧壁上的第一梁平行于第一侧壁表面，位于第二侧壁上的第一梁平行于第二侧壁表面。
可选的，所述第二弹性层在第一面的平行面上的投影图形为“S”型；所述第二弹性层包括若干平行排列的第二梁，以及连接相邻第二梁和连接第二梁和惯性质量块的第二连接层，位于第一侧壁上的第二梁平行于第一侧壁表面，位于第二侧壁上的第二梁平行于第二侧壁表面；相邻第一弹性层的第一梁和第二弹性层的第二梁在第一面的平行面上的投影垂直。
可选的，所述第一弹性层在第一面的平行面上的投影图形为条形，所述第二弹性层在第一面的平行面上的投影图形为条形；所述第一弹性层包括第一梁，所述第二弹性层包括第二梁，位于第一侧壁上的第一梁和第二梁垂直于第一侧壁表面，位于第二侧壁上的第一梁和第二梁垂直于第二侧壁表面；相邻第一弹性层的第一梁和第二弹性层的第二梁在第一面的平行面上的投影垂直。
可选的，所述第一弹性层在第一面的平行面上的投影图形为“L”型，所述第二弹性层在第一面的平行面上的投影图形为“L”型；所述第一弹性层包括第一梁、以及连接第一梁和惯性质量块、连接第一梁和支撑部的第一连接层，所述第二弹性层包括第二梁、以及连接第二梁和惯性质量块、连接第二梁和支撑部的第二连接层，位于第一侧壁上的第一梁和第二梁平行于第一侧壁表面，位于第二侧壁上的第一梁和第二梁平行于第二侧壁表面；相邻第一弹性层的第一梁和第二弹性层的第二梁在第一面的平行面上的投影垂直。
可选的，所述第一弹性层的表面与惯性质量块第一面齐平；所述第二弹性层的表面与惯性质量块第二面齐平。
可选的，还包括：位于惯性质量块第一面表面的反射层。
可选的，还包括：位于惯性质量块第二面表面的增透层。
可选的，还包括：位于增透层表面的钝化层。
可选的，所述反射层的面积小于惯性质量块第一面的面积，所述增透层的面积小于惯性质量块第二面的面积；所述反射层、增透层垂直于惯性质量块第一面的中轴线与惯性质量块的中轴线重合。
可选的，所述反射层包括复合介质膜或者金属膜，所述金属膜的材料包括金或铝，所述复合介质膜包括多层交替排列的氧化硅和氧化钽、多层交替排列的氧化硅和氧化钛以及多层交替排列的氧化硅和氧化氮中的一种。
可选的，所述增透层包括复合介质膜，所述复合介质膜包括多层交替排列的氧化硅和氧化钽、多层交替排列的氧化硅和氧化钛以及多层交替排列的氧化硅和氧化氮中的一种。
可选的，所述钝化层的材料包括防水材料或耐腐蚀材料。
可选的，还包括：贯穿所述惯性质量块的通孔，所述第一面和第二面暴露出所述通孔。
可选的，所述通孔垂直于惯性质量块第一面的中轴线与惯性质量块的中轴线重合。
可选的，所述惯性质量块的材料包括硅；所述支撑部的材料包括硅；所述弹性梁结构的材料包括硅。
相应地，本发明技术方案还提供一种敏感结构的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底包括若干敏感器件区，所述衬底包括相对的第一面和第二面，所述敏感器件区包括平板区、包围所述平板区的弹性区以及包围所述平板区和弹性区的支撑区；刻蚀所述弹性区，在弹性区形成弹性梁结构，在支撑区形成支撑部，在平板区形成惯性质量块，所述支撑部环绕所述惯性质量块，所述弹性梁结构固定连接于所述支撑部和惯性质量块之间，所述惯性质量块包括相对的第一面和第二面，所述弹性梁结构包括若干第一弹性层和若干第二弹性层，所述第一弹性层到第一面的距离小于第二弹性层到第一面的距离，所述第一弹性层和第二弹性层在第一面的平行面上的投影不重合。
可选的，所述惯性质量块还包括相对的两个第一侧壁以及相对的两个第二侧壁，所述第一侧壁与第二侧壁相连且相互垂直；若干所述第一弹性层分别固定于两个第一侧壁上和两个第二侧壁上，若干所述第二弹性层分别固定于两个第一侧壁上和两个第二侧壁上。
可选的，若干所述第一弹性层围绕所述惯性质量块均匀分布；若干所述第二弹性层围绕所述惯性质量块均匀分布。
可选的，在平行于第一面的方向上，每一个第一弹性层与一个第二弹性层相邻，且相邻的第一弹性层和第二弹性层位于不同的侧壁上。
可选的，任一第一侧壁上或第二侧壁上固定有一个第一弹性层和一个第二弹性层。
可选的，所述第一弹性层在第一面的平行面上的投影图形为“S”型；所述第一弹性层包括若干平行排列的第一梁，以及连接相邻第一梁和连接第一梁和惯性质量块的第一连接层，位于第一侧壁上的第一梁平行于第一侧壁表面，位于第二侧壁上的第一梁平行于第二侧壁表面。
可选的，所述第二弹性层在第一面的平行面上的投影图形为“S”型；所述第二弹性层包括若干平行排列的第二梁，以及连接相邻第二梁和连接第二梁和惯性质量块的第二连接层，位于第一侧壁上的第二梁平行于第一侧壁表面，位于第二侧壁上的第二梁平行于第二侧壁表面；相邻第一弹性层的第一梁和第二弹性层的第二梁在第一面的平行面上的投影垂直。
可选的，所述第一弹性层在第一面的平行面上的投影图形为条形，所述第二弹性层在第一面的平行面上的投影图形为条形；所述第一弹性层包括第一梁，所述第二弹性层包括第二梁，位于第一侧壁上的第一梁和第二梁垂直于第一侧壁表面，位于第二侧壁上的第一梁和第二梁垂直于第二侧壁表面；相邻第一弹性层的第一梁和第二弹性层的第二梁在第一面的平行面上的投影垂直。
可选的，所述第一弹性层在第一面的平行面上的投影图形为“L”型，所述第二弹性层在第一面的平行面上的投影图形为“L”型；所述第一弹性层包括第一梁、以及连接第一梁和惯性质量块、连接第一梁和支撑部的第一连接层，所述第二弹性层包括第二梁、以及连接第二梁和惯性质量块、连接第二梁和支撑部的第二连接层，位于第一侧壁上的第一梁和第二梁平行于第一侧壁表面，位于第二侧壁上的第一梁和第二梁平行于第二侧壁表面；相邻第一弹性层的第一梁和第二弹性层的第二梁在第一面的平行面上的投影垂直。
可选的，所述第一弹性层的表面与惯性质量块第一面齐平；所述第二弹性层的表面与惯性质量块第二面齐平。
可选的，还包括：在惯性质量块第一面形成反射层。
可选的，在惯性质量块第一面形成反射层的方法包括：在惯性质量块第一面形成反射材料层；去除部分所述反射材料层，形成所述反射层。
可选的，还包括：在惯性质量块第二面表面形成增透层；在增透层表面形成钝化层。
可选的，在惯性质量块第二面表面形成增透层和钝化层的方法包括：在惯性质量块第二面形成增透材料层；在增透材料层上形成钝化材料层；去除部分所述增透材料层和钝化材料层，形成所述增透层和钝化层。
可选的，还包括：在惯性质量块第二面表面形成磁性薄膜。
可选的，还包括：在惯性质量块内形成通孔，所述通孔贯穿所述惯性质量块，所述第一面和第二面暴露出所述通孔；所述通孔垂直于第一面的中轴线与惯性质量块的中轴线重合。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明的技术方案，所述敏感结构包括若干固定连接于所述支撑部和惯性质量块之间的弹性梁结构，所述弹性梁结构包括若干第一弹性层和若干第二弹性层，所述第一弹性层到第一面的距离小于第二弹性层到第一面的距离，所述第一弹性层和第二弹性层在第一面的平行面上的投影不重合。所述弹性梁结构的双层分布方式使得所述惯性质量块在水平方向上具有较好的缓冲效果，能够提高敏感结构抗横向振动干扰和抗冲击破坏能力，从而能够提升传感器的线性测量精度；同时，所述第一弹性层和第二弹性层在第一面的平行面上的投影不重合，能够简化半导体微纳加工技术制作弹性梁结构的工艺难度，同时保证弹性梁结构的加工精度。
进一步，任一所述第一弹性层或第二弹性层在第一面的平行面上的投影图形为条形、“L”型或“S”型。所述条形、“L”型或“S”型的弹性梁结构在水平方向上具有更好的缓冲效果，具有灵敏度高、线性度高、抗横向干扰能力强的特点，从而能提高敏感结构抗横向振动干扰和抗冲击破坏能力；此外，此种形状的弹性梁结构更加适合采用半导体制程的工艺制作。
进一步，还包括：在惯性质量块第一面形成反射层。所述反射层用于后续形成具有F-P光学干涉腔的光纤加速度传感器，所述敏感结构使得光纤加速度传感器的测量精度提高。
附图说明
图1至图10是本发明实施例中敏感结构形成过程的结构示意图。
图11是本发明另一实施例中敏感结构形成过程的结构示意图；
图12至图14是本发明另一实施例中敏感结构的结构示意图；
图15是本发明另一实施例中敏感结构的结构示意图。
具体实施方式
如背景技术所述，敏感结构的稳定性和抗干扰性能需要持续改善以提升光纤加速度传感器的测量精度。
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1至图10是本发明实施例中敏感结构形成过程的结构示意图。
请参考图1、图2和图3，图2是图1中任一敏感器件区I的局部放大图，图3为图2中敏感器件区I的侧视图，提供衬底100，所述衬底100包括若干敏感器件区I和位于敏感器件区I之间的切割道区II，所述衬底100包括相对的第一面200和第二面300，所述敏感器件区I包括平板区103、包围所述平板区103的弹性区102以及包围所述平板区103和弹性区102的支撑区101。
在本实施例中，所述衬底100的材料包括硅。
在其他实施例中，所述衬底的材料还可以是其他半导体材料，例如碳化硅。
接下来，刻蚀所述弹性区102，在弹性区102形成弹性梁结构，在支撑区101形成支撑部105，在平板区103形成惯性质量块106。刻蚀所述弹性区102的过程请参考图4至图8。
请参考图4，图4为在图3基础上的结构示意图，在衬底100第一面200上和第二面300上形成图形化的掩膜层104，所述图形化的掩膜层104暴露出部分所述弹性区102表面。
在本实施例中，所述图形化的掩膜层104的材料包括光刻胶。
请参考图5、图6、图7和图8，图6为图5的立体图，图7为图6和图5中第一弹性层107的局部放大图，图8为图6和图5中第二弹性层108的局部放大图，以所述图形化的掩膜层104为掩膜刻蚀所述弹性区102，在弹性区102内形成弹性梁结构，在支撑区101形成支撑部105，在平板区103形成惯性质量块106，所述支撑部105环绕所述惯性质量块106，所述弹性梁结构固定连接于所述支撑部105和惯性质量块106之间，所述惯性质量块106包括相对的第一面200和第二面300，所述弹性梁结构包括若干第一弹性层107和若干第二弹性层108，所述第一弹性层107到第一面200的距离小于第二弹性层108到第一面200的距离，所述第一弹性层107和第二弹性层108在第一面200的平行面上的投影不重合。
所述弹性梁结构的双层分布方式使得所述惯性质量块106在水平方向上具有较好的缓冲效果，能够提高敏感结构抗横向振动干扰和抗冲击破坏能力，从而能够提升光纤加速度传感器的线性测量精度；同时，所述第一弹性层107和第二弹性层108在第一面的平行面上的投影不重合，能够简化半导体微纳加工技术制作弹性梁结构的工艺难度，同时保证弹性梁结构的加工精度。
在本实施例中，若干所述第一弹性层107围绕所述惯性质量块106均匀分布；若干所述第二弹性层108围绕所述惯性质量块106均匀分布。第一弹性层107和第二弹性层108围绕所述惯性质量块106均匀分布，使得所述弹性梁结构能够为敏感结构提供均匀分布的抗横向振动干扰和抗冲击破坏能力，从而能够提升传感器的线性测量精度。
所述第一弹性层107到第一面200的距离小于第二弹性层108到第一面200的距离，所述第一弹性层107和第二弹性层108在第一面200的平行面上的投影不重合。即所述第一弹性层107和第二弹性层108没有分布在同一水平面，且上下分布的第一弹性层107和第二弹性层108是交叉分布的，使得所述惯性质量块106在水平方向上具有较好的缓冲效果，能够提高敏感结构抗横向振动干扰和抗冲击破坏能力，从而能够提升传感器的线性测量精度。
在本实施例中，所述第一弹性层107的表面与惯性质量块106第一面200齐平；所述第二弹性层108的表面与惯性质量块106第二面300齐平。从而能够简化半导体微纳加工技术制作弹性梁结构的工艺难度，同时保证弹性梁结构的加工精度。
在其他实施例中，所述第一弹性层的表面能够不与惯性质量块第一面齐平；所述第二弹性层的表面能够不与惯性质量块第二面齐平。
请继续参考图6，在本实施例中，所述惯性质量块106还包括相对的两个第一侧壁400以及相对的两个第二侧壁500(图6所示)，所述第一侧壁400与第二侧壁500相连且相互垂直。若干所述第一弹性层107分别固定于两个第一侧壁400上和两个第二侧壁500上，若干所述第二弹性层108分别固定于两个第一侧壁400上和两个第二侧壁500上。
在本实施例中，在平行于第一面200的方向上，每一个第一弹性层107与一个第二弹性层108相邻，且相邻的第一弹性层107和第二弹性层108位于不同的侧壁上。
在本实施例中，任一第一侧壁400上或第二侧壁500上固定有一个第一弹性层107和一个第二弹性层108。
在本实施例中，所述第一弹性层107在第一面200的平行面上的投影图形为“S”型；所述第二弹性层108在第一面的平行面上的投影图形为“S”型。
在其他实施例中，所述第一弹性层在第一面的平行面上的投影图形为条形或“L”型；所述第二弹性层在第一面的平行面上的投影图形为条形或“L”型。
所述条形、“L”型或“S”型的弹性梁结构在水平方向上具有更好的缓冲效果，具有灵敏度高、线性度高、抗横向干扰能力强的特点，从而能提高敏感结构抗横向振动干扰和抗冲击破坏能力；此外，此种形状的弹性梁结构更加适合采用半导体制程的工艺制作。所述灵敏度高是指在垂直于惯性质量块106表面的受力作用下，惯性质量块106容易沿垂直于惯性质量块106表面的竖向产生位移变形；抗横向干扰能力强是指在平行于惯性质量块106表面的受力作用下，所述惯性质量块106刚度很大，不容易产生位移变形。
请继续参考图7，所述第一弹性层107包括若干平行排列的第一梁120，以及连接相邻第一梁120和连接第一梁120和惯性质量块106的第一连接层121，位于第一侧壁400上的第一梁120平行于第一侧壁400表面，位于第二侧壁500上的第一梁120平行于第二侧壁500表面。
请继续参考图8，所述第二弹性层108包括若干平行排列的第二梁122，以及连接相邻第二梁122和连接第二梁122和惯性质量块106的第二连接层123，位于第一侧壁400上的第二梁122平行于第一侧壁400表面，位于第二侧壁500上的第二梁122平行于第二侧壁500表面。
在本实施例中，相邻第一弹性层107的第一梁120和第二弹性层108的第二梁122在第一面200的平行面上的投影垂直。进一步简化半导体微纳加工技术制作弹性梁结构的工艺难度，同时保证弹性梁结构的加工精度。
请参考图9和图10，图9为在图5基础上的示意图，图10为立体图，还包括：在惯性质量块106第一面200上形成反射层109。
在惯性质量块106第一面200形成反射层109的方法包括：在惯性质量块106第一面200形成反射材料层(未图示)；去除部分所述反射材料层，形成所述反射层109。
所述惯性质量块106第一面200表面具有反射层109，所述反射层109用于后续形成具有F-P光学干涉腔的光纤加速度传感器，所述敏感结构使得光纤加速度传感器的测量精度提高。
在本实施例中，所述反射层109包括复合介质膜，所述复合介质膜包括多层交替排列的氧化硅和氧化钽、多层交替排列的氧化硅和氧化钛以及多层交替排列的氧化硅和氧化氮中的一种。
在其他实施例中，所述反射层包括金属膜，所述金属膜的材料包括金或铝。或者，不形成所述反射层。
请继续参考图9和图10，在本实施例中，还包括：在惯性质量块106第二面300表面形成增透层110；在增透层110表面形成钝化层111。
在惯性质量块106第二面300表面形成增透层110和钝化层111的方法包括：在惯性质量块106第二面形成增透材料层(未图示)；在增透材料层上形成钝化材料层(未图示)；去除部分所述增透材料层和钝化材料层，形成所述增透层110和钝化层111。
所述增透层110用于将穿过惯性质量块106的一部分光线过滤掉，以避免所述光线从惯性质量块106第二面再反射回惯性质量块106第一面从而造成干扰的情况，并且避免只在惯性质量块106单面沉积光学薄膜会导致惯性质量块106两个表面应力不对称，产生表面翘曲的情况。
所述钝化层111用于保护所述增透层110免受外界环境的侵害。
在本实施例中，所述反射层109的面积小于惯性质量块106第一面200的面积，所述增透层110的面积小于惯性质量块106第二面300的面积。
所述反射层109、增透层110和钝化层111垂直于惯性质量块106第一面200的中轴线与惯性质量块106的中轴线重合。以便所述敏感结构在用于形成具有F-P光学干涉腔的光纤加速度传感器时，经过光纤的出射光能够完全照射在反射层109表面，所述增透层110能够最大限度地使到达惯性质量块106第二面300的出射光从惯性质量块106第二面300射出，避免光线再次反射进入到F-P光学干涉腔造成干扰的情况。
在本实施例中，所述增透层110包括复合介质膜，所述复合介质膜包括多层交替排列的氧化硅和氧化钽、多层交替排列的氧化硅和氧化钛以及多层交替排列的氧化硅和氧化氮中的一种；所述钝化层111的材料包括防水材料或耐腐蚀材料。
在其他实施例中，能够不形成所述增透层和钝化层。
在其他实施例中，还包括：在惯性质量块第二面表面形成其他功能性薄膜，如磁性薄膜。所述磁性薄膜用于使得所述惯性质量快形成为磁场测量敏感结构。
相应地，本发明实施例还提供一种敏感结构，请继续参考图9和图10，包括：
惯性质量块106，所述惯性质量块106包括相对的第一面200和第二面300；
环绕所述惯性质量块106的支撑部105；
固定连接于所述支撑部105和惯性质量块106之间的弹性梁结构，所述弹性梁结构包括若干第一弹性层107和若干第二弹性层108，所述第一弹性层107到第一面200的距离小于第二弹性层108到第一面200的距离，所述第一弹性层107和第二弹性层108在第一面200的平行面上的投影不重合。
在本实施例中，所述惯性质量块106还包括相对的两个第一侧壁400以及相对的两个第二侧壁500，所述第一侧壁400与第二侧壁500相连且相互垂直；若干所述第一弹性层107分别固定于两个第一侧壁400上和两个第二侧壁500上，若干所述第二弹性层108分别固定于两个第一侧壁400上和两个第二侧壁500上。
在本实施例中，若干所述第一弹性层107围绕所述惯性质量块106均匀分布；若干所述第二弹性层108围绕所述惯性质量块106均匀分布。
在本实施例中，在平行于第一面200的方向上，每一个第一弹性层107与一个第二弹性层108相邻，且相邻的第一弹性层107和第二弹性层108位于不同的侧壁上。
在本实施例中，任一第一侧壁400上或第二侧壁500上固定有一个第一弹性层107和一个第二弹性层108。
在本实施例中，所述第一弹性层107在第一面200的平行面上的投影图形为“S”型；所述第一弹性层107包括若干平行排列的第一梁120，以及连接相邻第一梁120和连接第一梁120和惯性质量块106的第一连接层121，位于第一侧壁400上的第一梁120平行于第一侧壁400表面，位于第二侧壁500上的第一梁120平行于第二侧壁500表面。
在本实施例中，所述第二弹性层108在第一面200的平行面上的投影图形为“S”型；所述第二弹性层108包括若干平行排列的第二梁122，以及连接相邻第二梁122和连接第二梁122和惯性质量块106的第二连接层123，位于第一侧壁400上的第二梁122平行于第一侧壁400表面，位于第二侧壁500上的第二梁122平行于第二侧壁500表面；相邻第一弹性层107的第一梁120和第二弹性层108的第二梁122在第一面200的平行面上的投影垂直。
在本实施例中，所述第一弹性层107的表面与惯性质量块106第一面200齐平；所述第二弹性层108的表面与惯性质量块106第二面300齐平。
在本实施例中，还包括：位于惯性质量块106第一面200表面的反射层109。
在本实施例中，还包括：位于惯性质量块106第二面300表面的增透层110。
在本实施例中，还包括：位于增透层110表面的钝化层111。
在本实施例中，所述反射层109的面积小于惯性质量块106第一面200的面积，所述增透层110的面积小于惯性质量块106第二面300的面积；所述反射层109、增透层110垂直于惯性质量块106第一面200的中轴线与惯性质量块106的中轴线重合。
在本实施例中，所述反射层109包括复合介质膜或者金属膜，所述金属膜的材料包括金或铝，所述复合介质膜包括多层交替排列的氧化硅和氧化钽、多层交替排列的氧化硅和氧化钛以及多层交替排列的氧化硅和氧化氮中的一种。
在本实施例中，所述增透层110包括复合介质膜，所述复合介质膜包括多层交替排列的氧化硅和氧化钽、多层交替排列的氧化硅和氧化钛以及多层交替排列的氧化硅和氧化氮中的一种。
在本实施例中，所述钝化层111的材料包括防水材料或耐腐蚀材料。
在本实施例中，所述惯性质量块106的材料包括硅；所述支撑部105的材料包括硅；所述弹性梁结构的材料包括硅。
图11是本发明另一实施例中敏感结构的结构示意图。
请参考图11，图11的结构与图10的结构区别在于，所述弹性梁结构包括若干第一弹性层207和若干第二弹性层208，所述第一弹性层207在第一面200的平行面上的投影图形为条形，所述第二弹性层208在第一面200的平行面上的投影图形为条形。
在本实施例中，所述第一弹性层207包括第一梁，所述第二弹性层208包括第二梁，位于第一侧壁400上的第一梁和第二梁垂直于第一侧壁400表面，位于第二侧壁500上的第一梁和第二梁垂直于第二侧壁500表面。
在本实施例中，相邻第一弹性层207的第一梁和第二弹性层208的第二梁在第一面200的平行面上的投影垂直。
图12至图14是本发明另一实施例中敏感结构的结构示意图。
请参考图12、图13和图14，图13为图12中第一弹性层307的局部放大图，图14为图12中第二弹性层308的局部放大图，图12的结构与图10的结构区别在于，所述弹性梁结构包括若干第一弹性层307和若干第二弹性层308，所述第一弹性层307在第一面200的平行面上的投影图形为“L”型；所述第二弹性层308在第一面200的平行面上的投影图形为“L”型。
在本实施例中，所述第一弹性层307包括第一梁320、以及连接第一梁320和惯性质量块106、连接第一梁320和支撑部105的第一连接层321，所述第二弹性层308包括第二梁322、以及连接第二梁322和惯性质量块106、连接第二梁322和支撑部105的第二连接层323，位于第一侧壁400上的第一梁320和第二梁322平行于第一侧壁400表面，位于第二侧壁500上的第一梁320和第二梁322平行于第二侧壁500表面。
在本实施例中，相邻第一弹性层307的第一梁320和第二弹性层308的第二梁322在第一面200的平行面上的投影垂直。
图15是本发明另一实施例中敏感结构的结构示意图。
请参考图15，图15为在图5基础上的示意图，形成弹性梁结构、支撑部105和惯性质量块106之后，在惯性质量块106内形成通孔201，所述通孔201贯穿所述惯性质量块106，所述第一面200和第二面300暴露出所述通孔201。
在本实施例中，所述通孔201垂直于第一面200的中轴线与惯性质量块106的中轴线重合。
所述通孔201用于后续形成光纤加速度传感器时，在通孔201内固定光纤。
相应地，本发明实施例还提供一种敏感结构，请继续参考图15，包括：
惯性质量块106，所述惯性质量块106包括相对的第一面200和第二面300；
环绕所述惯性质量块106的支撑部105；
固定连接于所述支撑部105和惯性质量块106之间的弹性梁结构，所述弹性梁结构包括若干第一弹性层107和若干第二弹性层108，所述第一弹性层107到第一面200的距离小于第二弹性层108到第一面200的距离，所述第一弹性层107和第二弹性层108在第一面200的平行面上的投影不重合。
在本实施例中，所述惯性质量块106还包括相对的两个第一侧壁400以及相对的两个第二侧壁500，所述第一侧壁400与第二侧壁500相连且相互垂直；若干所述第一弹性层107分别固定于两个第一侧壁400上和两个第二侧壁500上，若干所述第二弹性层108分别固定于两个第一侧壁400上和两个第二侧壁500上。
在本实施例中，若干所述第一弹性层107围绕所述惯性质量块106均匀分布；若干所述第二弹性层108围绕所述惯性质量块106均匀分布。
在本实施例中，在平行于第一面200的方向上，每一个第一弹性层107与一个第二弹性层108相邻，且相邻的第一弹性层107和第二弹性层108位于不同的侧壁上。
在本实施例中，任一第一侧壁400上或第二侧壁500上固定有一个第一弹性层107和一个第二弹性层108。
在本实施例中，所述第一弹性层107在第一面200的平行面上的投影图形为“S”型；所述第一弹性层107包括若干平行排列的第一梁120，以及连接相邻第一梁120和连接第一梁120和惯性质量块106的第一连接层121，位于第一侧壁400上的第一梁120平行于第一侧壁400表面，位于第二侧壁500上的第一梁120平行于第二侧壁500表面。
在本实施例中，所述第二弹性层108在第一面200的平行面上的投影图形为“S”型；所述第二弹性层108包括若干平行排列的第二梁122，以及连接相邻第二梁122和连接第二梁122和惯性质量块106的第二连接层123，位于第一侧壁400上的第二梁122平行于第一侧壁400表面，位于第二侧壁500上的第二梁122平行于第二侧壁500表面；相邻第一弹性层107的第一梁120和第二弹性层108的第二梁122在第一面200的平行面上的投影垂直。
在另一实施例中，所述第一弹性层在第一面的平行面上的投影图形为条形，所述第二弹性层在第一面的平行面上的投影图形为条形；所述第一弹性层包括第一梁，所述第二弹性层包括第二梁，位于第一侧壁上的第一梁和第二梁垂直于第一侧壁表面，位于第二侧壁上的第一梁和第二梁垂直于第二侧壁表面；相邻第一弹性层的第一梁和第二弹性层的第二梁在第一面的平行面上的投影垂直。
在另一实施例中，所述第一弹性层在第一面的平行面上的投影图形为“L”型，所述第二弹性层在第一面的平行面上的投影图形为“L”型；所述第一弹性层包括第一梁、以及连接第一梁和惯性质量块、连接第一梁和支撑部的第一连接层，所述第二弹性层包括第二梁、以及连接第二梁和惯性质量块、连接第二梁和支撑部的第二连接层，位于第一侧壁上的第一梁和第二梁平行于第一侧壁表面，位于第二侧壁上的第一梁和第二梁平行于第二侧壁表面；相邻第一弹性层的第一梁和第二弹性层的第二梁在第一面的平行面上的投影垂直。
在本实施例中，所述第一弹性层107的表面与惯性质量块106第一面200齐平；所述第二弹性层108的表面与惯性质量块106第二面300齐平。
在本实施例中，还包括：贯穿所述惯性质量块106的通孔201，所述第一面200和第二面300暴露出所述通孔201。
在本实施例中，所述通孔201垂直于惯性质量块106第一面200的中轴线与惯性质量块106的中轴线重合。
在本实施例中，所述惯性质量块106的材料包括硅；所述支撑部105的材料包括硅；所述弹性梁结构的材料包括硅。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (36)
1.一种敏感结构，其特征在于，包括：
惯性质量块，所述惯性质量块包括相对的第一面和第二面；
环绕所述惯性质量块的支撑部；
固定连接于所述支撑部和惯性质量块之间的弹性梁结构，所述弹性梁结构包括若干第一弹性层和若干第二弹性层，所述第一弹性层到第一面的距离小于第二弹性层到第一面的距离，所述第一弹性层和第二弹性层在第一面的平行面上的投影不重合。
2.如权利要求1所述的敏感结构，其特征在于，所述惯性质量块还包括相对的两个第一侧壁以及相对的两个第二侧壁，所述第一侧壁与第二侧壁相连且相互垂直；若干所述第一弹性层分别固定于两个第一侧壁上和两个第二侧壁上，若干所述第二弹性层分别固定于两个第一侧壁上和两个第二侧壁上。
3.如权利要求2所述的敏感结构，其特征在于，若干所述第一弹性层围绕所述惯性质量块均匀分布；若干所述第二弹性层围绕所述惯性质量块均匀分布。
4.如权利要求3所述的敏感结构，其特征在于，在平行于第一面的方向上，每一个第一弹性层与一个第二弹性层相邻，且相邻的第一弹性层和第二弹性层位于不同的侧壁上。
5.如权利要求3所述的敏感结构，其特征在于，任一第一侧壁上或第二侧壁上固定有一个第一弹性层和一个第二弹性层。
6.如权利要求2所述的敏感结构，其特征在于，所述第一弹性层在第一面的平行面上的投影图形为“S”型；所述第一弹性层包括若干平行排列的第一梁，以及连接相邻第一梁和连接第一梁和惯性质量块的第一连接层，位于第一侧壁上的第一梁平行于第一侧壁表面，位于第二侧壁上的第一梁平行于第二侧壁表面。
7.如权利要求6所述的敏感结构，其特征在于，所述第二弹性层在第一面的平行面上的投影图形为“S”型；所述第二弹性层包括若干平行排列的第二梁，以及连接相邻第二梁和连接第二梁和惯性质量块的第二连接层，位于第一侧壁上的第二梁平行于第一侧壁表面，位于第二侧壁上的第二梁平行于第二侧壁表面；相邻第一弹性层的第一梁和第二弹性层的第二梁在第一面的平行面上的投影垂直。
8.如权利要求2所述的敏感结构，其特征在于，所述第一弹性层在第一面的平行面上的投影图形为条形，所述第二弹性层在第一面的平行面上的投影图形为条形；所述第一弹性层包括第一梁，所述第二弹性层包括第二梁，位于第一侧壁上的第一梁和第二梁垂直于第一侧壁表面，位于第二侧壁上的第一梁和第二梁垂直于第二侧壁表面；相邻第一弹性层的第一梁和第二弹性层的第二梁在第一面的平行面上的投影垂直。
9.如权利要求2所述的敏感结构，其特征在于，所述第一弹性层在第一面的平行面上的投影图形为“L”型，所述第二弹性层在第一面的平行面上的投影图形为“L”型；所述第一弹性层包括第一梁、以及连接第一梁和惯性质量块、连接第一梁和支撑部的第一连接层，所述第二弹性层包括第二梁、以及连接第二梁和惯性质量块、连接第二梁和支撑部的第二连接层，位于第一侧壁上的第一梁和第二梁平行于第一侧壁表面，位于第二侧壁上的第一梁和第二梁平行于第二侧壁表面；相邻第一弹性层的第一梁和第二弹性层的第二梁在第一面的平行面上的投影垂直。
10.如权利要求1所述的敏感结构，其特征在于，所述第一弹性层的表面与惯性质量块第一面齐平；所述第二弹性层的表面与惯性质量块第二面齐平。
11.如权利要求1所述的敏感结构，其特征在于，还包括：位于惯性质量块第一面表面的反射层。
12.如权利要求11所述的敏感结构，其特征在于，还包括：位于惯性质量块第二面表面的增透层。
13.如权利要求12所述的敏感结构，其特征在于，还包括：位于增透层表面的钝化层。
14.如权利要求12所述的敏感结构，其特征在于，所述反射层的面积小于惯性质量块第一面的面积，所述增透层的面积小于惯性质量块第二面的面积；所述反射层、增透层垂直于惯性质量块第一面的中轴线与惯性质量块的中轴线重合。
15.如权利要求11所述的敏感结构，其特征在于，所述反射层包括复合介质膜或者金属膜，所述金属膜的材料包括金或铝，所述复合介质膜包括多层交替排列的氧化硅和氧化钽、多层交替排列的氧化硅和氧化钛以及多层交替排列的氧化硅和氧化氮中的一种。
16.如权利要求12所述的敏感结构，其特征在于，所述增透层包括复合介质膜，所述复合介质膜包括多层交替排列的氧化硅和氧化钽、多层交替排列的氧化硅和氧化钛以及多层交替排列的氧化硅和氧化氮中的一种。
17.如权利要求13所述的敏感结构，其特征在于，所述钝化层的材料包括防水材料或耐腐蚀材料。
18.如权利要求1所述的敏感结构，其特征在于，还包括：贯穿所述惯性质量块的通孔，所述第一面和第二面暴露出所述通孔。
19.如权利要求18所述的敏感结构，其特征在于，所述通孔垂直于惯性质量块第一面的中轴线与惯性质量块的中轴线重合。
20.如权利要求1所述的敏感结构，其特征在于，所述惯性质量块的材料包括硅；所述支撑部的材料包括硅；所述弹性梁结构的材料包括硅。
21.一种敏感结构的形成方法，其特征在于，包括：
提供衬底，所述衬底包括若干敏感器件区，所述衬底包括相对的第一面和第二面，所述敏感器件区包括平板区、包围所述平板区的弹性区以及包围所述平板区和弹性区的支撑区；
刻蚀所述弹性区，在弹性区形成弹性梁结构，在支撑区形成支撑部，在平板区形成惯性质量块，所述支撑部环绕所述惯性质量块，所述弹性梁结构固定连接于所述支撑部和惯性质量块之间，所述惯性质量块包括相对的第一面和第二面，所述弹性梁结构包括若干第一弹性层和若干第二弹性层，所述第一弹性层到第一面的距离小于第二弹性层到第一面的距离，所述第一弹性层和第二弹性层在第一面的平行面上的投影不重合。
22.如权利要求21所述的敏感结构的形成方法，其特征在于，所述惯性质量块还包括相对的两个第一侧壁以及相对的两个第二侧壁，所述第一侧壁与第二侧壁相连且相互垂直；若干所述第一弹性层分别固定于两个第一侧壁上和两个第二侧壁上，若干所述第二弹性层分别固定于两个第一侧壁上和两个第二侧壁上。
23.如权利要求22所述的敏感结构的形成方法，其特征在于，若干所述第一弹性层围绕所述惯性质量块均匀分布；若干所述第二弹性层围绕所述惯性质量块均匀分布。
24.如权利要求23所述的敏感结构的形成方法，其特征在于，在平行于第一面的方向上，每一个第一弹性层与一个第二弹性层相邻，且相邻的第一弹性层和第二弹性层位于不同的侧壁上。
25.如权利要求23所述的敏感结构的形成方法，其特征在于，任一第一侧壁上或第二侧壁上固定有一个第一弹性层和一个第二弹性层。
26.如权利要求22所述的敏感结构的形成方法，其特征在于，所述第一弹性层在第一面的平行面上的投影图形为“S”型；所述第一弹性层包括若干平行排列的第一梁，以及连接相邻第一梁和连接第一梁和惯性质量块的第一连接层，位于第一侧壁上的第一梁平行于第一侧壁表面，位于第二侧壁上的第一梁平行于第二侧壁表面。
27.如权利要求26所述的敏感结构的形成方法，其特征在于，所述第二弹性层在第一面的平行面上的投影图形为“S”型；所述第二弹性层包括若干平行排列的第二梁，以及连接相邻第二梁和连接第二梁和惯性质量块的第二连接层，位于第一侧壁上的第二梁平行于第一侧壁表面，位于第二侧壁上的第二梁平行于第二侧壁表面；相邻第一弹性层的第一梁和第二弹性层的第二梁在第一面的平行面上的投影垂直。
28.如权利要求22所述的敏感结构的形成方法，其特征在于，所述第一弹性层在第一面的平行面上的投影图形为条形，所述第二弹性层在第一面的平行面上的投影图形为条形；所述第一弹性层包括第一梁，所述第二弹性层包括第二梁，位于第一侧壁上的第一梁和第二梁垂直于第一侧壁表面，位于第二侧壁上的第一梁和第二梁垂直于第二侧壁表面；相邻第一弹性层的第一梁和第二弹性层的第二梁在第一面的平行面上的投影垂直。
29.如权利要求22所述的敏感结构的形成方法，其特征在于，所述第一弹性层在第一面的平行面上的投影图形为“L”型，所述第二弹性层在第一面的平行面上的投影图形为“L”型；所述第一弹性层包括第一梁、以及连接第一梁和惯性质量块、连接第一梁和支撑部的第一连接层，所述第二弹性层包括第二梁、以及连接第二梁和惯性质量块、连接第二梁和支撑部的第二连接层，位于第一侧壁上的第一梁和第二梁平行于第一侧壁表面，位于第二侧壁上的第一梁和第二梁平行于第二侧壁表面；相邻第一弹性层的第一梁和第二弹性层的第二梁在第一面的平行面上的投影垂直。
30.如权利要求21所述的敏感结构的形成方法，其特征在于，所述第一弹性层的表面与惯性质量块第一面齐平；所述第二弹性层的表面与惯性质量块第二面齐平。
31.如权利要求21所述的敏感结构的形成方法，其特征在于，还包括：在惯性质量块第一面形成反射层。
32.如权利要求31所述的敏感结构的形成方法，其特征在于，在惯性质量块第一面形成反射层的方法包括：在惯性质量块第一面形成反射材料层；去除部分所述反射材料层，形成所述反射层。
33.如权利要求31所述的敏感结构的形成方法，其特征在于，还包括：在惯性质量块第二面表面形成增透层；在增透层表面形成钝化层。
34.如权利要求33所述的敏感结构的形成方法，其特征在于，在惯性质量块第二面表面形成增透层和钝化层的方法包括：在惯性质量块第二面形成增透材料层；在增透材料层上形成钝化材料层；去除部分所述增透材料层和钝化材料层，形成所述增透层和钝化层。
35.如权利要求31所述的敏感结构的形成方法，其特征在于，还包括：在惯性质量块第二面表面形成磁性薄膜。
36.如权利要求21所述的敏感结构的形成方法，其特征在于，还包括：在惯性质量块内形成通孔，所述通孔贯穿所述惯性质量块，所述第一面和第二面暴露出所述通孔；所述通孔垂直于第一面的中轴线与惯性质量块的中轴线重合。
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