技术领域
[0001] 本申请涉及电子核心产业中敏感元件及传感器制造技术领域，尤其涉及一种压电谐振式压力传感器、压力补偿系统及制备方法。
相关背景技术
[0002] 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国防、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。
[0003] 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。
[0004] 根据工作原理的不同，压力传感器可以分为谐振式压力传感器、压阻式压力传感器、电容式压力传感器、压电式压力传感器、压电谐振式压力传感器等。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。
[0005] 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结构较为复杂、检测效率较低并且检测范围较小。
具体实施方式
[0095] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及示例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体示例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0096] 在相关技术的压电谐振式压力传感器中，可以对压电谐振式压力传感器小型化，进而应用到微机电系统(MEMS)中，微机电系统是一种将微米级的机械装置、集成电路、传感器、执行器以及信号处理和控制电路等集成在一块或多块芯片上的微型系统。这种系统的尺寸通常只有几毫米甚至更小。
[0097] 由于采用微机械加工技术，MEMS技术可以批量制造出各种微型传感器、执行器、微型构件以及微机械等，这些微型器件具有体积小、重量轻、功耗低、性能稳定、可靠性高、集成度高、智能化、生产批量大、成本低、便于大规模生产等特点，因此被广泛应用于航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事等领域。
[0098] 压电谐振式压力传感器作为一种重要的测量工具，其精确度和响应速度对许多应用都至关重要。近年来，随着微型化和批量化生产的需求日益增强，新型的压电谐振式压力传感器设置不断涌现。本申请公开了一种结合压电组件和谐振组件的压电谐振式压力传感器设置。
[0099] 为了达到上述目的，请参照图1‑图34所示，本申请的第一方面提出了一种压电谐振式压力传感器，能够使得压电谐振式压力传感器具有更大的承受能力，进而可以具有更大的压力检测范围，还由于结构相对简单，更容易实现微型化和批量化生产。
[0100] 本申请示例提及的压电谐振式压力传感器可以与MEMS技术相结合，以实现压电谐振式压力传感器的批量生产，提高压电谐振式压力传感器的生产效率。
[0101] 本申请示例提及的压电谐振式压力传感器可以基于接收的待检测压力，输出对应的电信号，属于敏感元件。
[0102] 压电谐振式压力传感器10利用较厚的压力敏感薄膜感受压力，然后通过锚点240转换为压电谐振器上的应力。压电谐振器的压电叠层一般比较薄，不能承受较大压力带来的轴向应力，上述结构解决了该问题，提高了结构的承压能力，扩大了压力检测范围，保证了结构在压力测量范围的线性度。
[0103] 上述设置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。
[0104] 本申请中锚点240是指压力敏感薄膜与谐振薄膜连接部分区域，作用在压力敏感薄膜上的外部压力，可以在压力敏感薄膜变形过程中，传递至锚点240，并通过锚点240作用在谐振薄膜上，在传递过程中外部压力可以通过锚点240进行转换，提高压力腔的承压能力，进而提高压力检测范围。压电谐振器可以是本申请中谐振结构与压电组件的组合。
[0105] 参照图1‑5，在一些示例中，压电谐振式压力传感器10应用于电子核心产业，压电谐振式压力传感器10包括压电组件100和谐振组件200，压电组件100直接或间接地与外接电路连接。
[0106] 谐振组件200设于压电组件100的一侧，谐振组件200内侧设置有至少一个谐振腔2211，谐振组件200背离压电组件100的一侧开设有压力腔2231，压力腔2231接收的压力能够传递至谐振结构210一侧的谐振结构210。
[0107] 谐振组件200背离压电组件100的方向上，至少一个谐振腔2211的投影处于压力腔2231的投影外侧。
[0108] 上述结构中压力腔2231的开设可以形成压力敏感薄膜2212，谐振腔2211的设置又形成谐振薄膜212，压力敏感薄膜2212可以叠设在部分谐振结构210以及部分压电组件100上，形成厚度更高且具有的压力敏感功能的薄膜结构，此时，由较厚的压力敏感薄膜2212直接承受压力，并通过谐振腔2211侧边以及整个压力敏感薄膜2212上整合叠层结构传递至谐振薄膜212、压电组件100上，转换为谐振薄膜212、压电组件100上的应力。为了保证灵敏度，谐振薄膜212、压电组件100通常较薄，不能较大压力带来的轴向应力，上述结构解决了该问题，提高了结构的承压能力，扩大了压力检测范围，保证了结构在压力测量范围的线性度。并且由于本申请压电谐振式压力传感器10的结构通过MEMS工艺集成为一体，可以更容易微型化，更容易实现批量化生产。
[0109] 压电谐振式压力传感器10主要由压电组件100和谐振组件200构成。压电组件100可以作为压电谐振式压力传感器10的核心部分，用于驱动谐振器振动和检测谐振器由待测压力引起的频率变化，上述驱动和检测基于压电效应。压电组件100通过直接或间接的方式与外界电路相连，从而实现信号的传输与处理。
[0110] 压电组件100的选择对于传感器的性能和稳定性至关重要，因此在设置和制造过程中可以根据需要仔细考虑材料的选取和加工工艺。压电组件100信号转换的部分可以采用压电薄膜材料、压电陶瓷、高分子压电材料、纳米压电材料等材料制成，以满足不同应用场景的需求。可以优选为压电薄膜材料，可为AlN、ScAlN、PZT、ZnO、LiNbO3等。
[0111] 谐振组件200位于压电组件100的一侧，谐振组件200的内部可以设置有至少一个谐振腔2211。谐振组件200的另一侧则开设了压力腔2231，用于接收外界的压力。当压力作用于压力腔2231时，压力腔2231和谐振腔2211之间可以形成压力传递的锚点240，压力通过该锚点240结构传递至谐振薄膜212、压电组件100上，在谐振薄膜212、压电组件100上形成应力。
[0112] 谐振组件200在朝向压力敏感组件的方向上，至少一个谐振腔2211的投影位于压力腔2231的投影外侧。这种设置巧妙地利用了谐振腔2211与压力腔2231之间的相互作用，使得传感器在受到压力时，能够更加敏感地捕捉到压力变化，从而提高了传感器的测量精度。至少一个谐振腔2211也可以部分设置在压力腔2231的投影内侧。
[0113] 参照图4，在一些示例中，谐振组件200包括相连接的谐振结构210和压力敏感结构220，谐振结构210与压电组件100连接，压力敏感结构220设置在谐振结构210背离压电组件
100的一侧。
[0114] 谐振组件200由谐振结构210和压力敏感结构220组成，谐振结构210和压力敏感结构220是相互连接的。谐振结构210与压电组件100紧密相连，共同构成传感器的核心结构。压力敏感结构220则设置在谐振结构210的另一侧，负责感受待测压力的变化。上述结构可以使得传感器能够在受到压力时，通过谐振组件200的谐振频率的变化来检测压力。
[0115] 谐振腔2211开设压力敏感结构220靠近谐振结构210的一侧，谐振结构210封闭或者不封闭谐振腔2211的开口。压力腔2231开设在压力敏感结构220背离谐振结构210的一侧。
[0116] 在谐振组件200的内部设置谐振腔2211和压力腔2231，谐振腔2211和压力腔2231均开设在压力敏感结构220上。谐振腔2211开设于压力敏感结构220靠近谐振结构210的一侧，并由谐振结构210支撑于谐振腔2211周围，可封闭或者不封闭谐振腔2211。谐振腔2211的存在是为了确保谐振结构210的正常工作，为谐振结构210运动提供空间。
[0117] 谐振腔2211是和谐振结构210相配合的，谐振结构210位于谐振腔2211开口上方的部分可以形成谐振薄膜212，谐振薄膜212受压电组件100的驱动发生谐振，当压力通过锚点240结构传递至谐振薄膜212、压电组件100上，在谐振薄膜212、压电组件100上形成应力，该应力会导致谐振薄膜212的谐振频率发生改变，该改变通过压电组件100检测。
[0118] 压力敏感结构220包括依次连接的谐振层221、埋氧层222和衬底层223，谐振层221与谐振结构210连接，谐振腔2211开设于谐振层221，谐振结构210支撑于谐振腔2211周围，压力腔2231开设于衬底层223。
[0119] 压力敏感结构220包括依次连接的谐振层221、埋氧层222和衬底层223。谐振层221与谐振结构210相连，是压电谐振式压力传感器10中谐振效应的关键部分。在谐振层221中开设有至少一个谐振腔2211，谐振腔2211、谐振结构210、压电组件100共同构成了谐振系统。当待测压力作用于压力敏感结构220时，待测压力通过锚点240传递至谐振薄膜212，由谐振薄膜212再传递至压电组件100，在传递过程中，待测压力依次转换为谐振薄膜212上的应力，以及压电组件100上的应力。待测压力在传递过程中可以带动谐振薄膜212产生谐振变化，或者配合压电组件100利用逆压电效应激励产生谐振频率的变化，进而检测待测压力的具体数值，确保压电检测正常进行，并且可以使压电检测的精度更准确。
[0120] 压力腔2231也是压电谐振式压力传感器10中的关键部分，压力腔2231开设于衬底层223。压力腔2231的作用是可以为传感器提供一个与待测压力直接接触的环境，确保传感器能够准确感知到待测压力的变化。压力腔2231的设置需要考虑到传感器的使用环境、工作温度和压力范围等因素，以确保其具有良好的密封性和稳定性。
[0121] 参照图3和图4，在一些示例中，压力腔2231至少贯穿衬底层223，压力腔2231至多贯穿埋氧层222，谐振层221与压力腔2231相对应的区域形成压力敏感薄膜2212；
[0122] 至少一个谐振腔2211处于在压力敏感薄膜2212的周侧，压力腔2231接收的压力能够作用在压力敏感薄膜2212上并传递至谐振结构210。具体可以通过锚点240将压力腔2231接收的压力传递至谐振结构210上的谐振薄膜212。
[0123] 压力腔2231同时贯穿衬底层223和埋氧层222，形成了一个与外界环境直接接触的通道。当待测压力发生变化时，这个通道内对应的气体或液体就会受到相应的压力作用。埋氧层222的设置可以对压力腔2231的加工提供方便，在压力腔2231的加工过程中，可以利用埋氧层222来识别出压力腔2231的加工深度。应当理解，压力腔2231也可只贯穿衬底层223而保留埋氧层222。
[0124] 压力腔2231可以为单向开口的压力槽，压力槽的槽底所在位置可以为压力敏感薄膜2212，压力敏感薄膜2212可以为谐振层221的一部分，谐振腔2211可以设置在压力敏感薄膜2212的周侧区域，压力敏感薄膜2212可以具有高灵敏度的特性，压力敏感薄膜2212能够将压力腔2231内接收到的待测压力传递至谐振结构210，并产生谐振效应，或者利用压电组件100进行逆压电效应并使谐振结构210进入谐振状态，通过谐振结构210上谐振薄膜212的谐振频率的变化来检测压力，提高测量的精度。
[0125] 上述结构中压力敏感薄膜2212可以用于谐振结构210厚度相叠加，利用较厚的压力敏感薄膜2212感受压力，然后通过压力敏感薄膜2212和压电弯曲谐振器共有的膜结构将应力传递到压电谐振器上，解决了谐振器的压电叠层一般比较薄，不能承受较大压力带来的轴向应力的问题，提高了结构的承压能力，扩大了压力检测范围，保证了结构在压力测量范围的线性度。
[0126] 在压力腔2231接收到待测压力时，压力敏感薄膜2212就会受到力的作用，并发生微小的形变。为了放大这种形变并转化为可测量的电信号，对应在压力敏感薄膜2212的周侧设置至少一个谐振腔2211。
[0127] 谐振结构210封闭谐振腔2211开口的区域可以形成谐振薄膜212，谐振薄膜212背离谐振腔2211的一侧连接至压电组件100。
[0128] 上述的谐振频率变化可以通过外接断路连接至对应的电子测量设备进行检测和记录，从而实现了对待测压力的精确测量。并且，本申请压电谐振式压力传感器10可以利用MEMS技术一体成型，方便大批量制造。
[0129] 此外，本申请的压电谐振式压力传感器10还具有广泛的应用前景。可以在工业自动化、航空航天、环境监测等领域发挥巨大的作用。例如，在工业自动化中，压电谐振式压力传感器10可以用于监测机械设备的运行状态，及时发现故障并进行预警；在航空航天中，压电谐振式压力传感器10可以用于测量飞机或火箭在飞行过程中的气压变化，为飞行控制提供准确的数据支持；在环境监测中，压电谐振式压力传感器10可以用于测量大气压力、水位高度等关键参数，为环境保护和气象预报提供重要依据。
[0130] 参照图4和图5，在一些示例中，谐振结构210包括相连接的固定部211和谐振薄膜212，固定部211的第一侧与压电组件100连接，固定部211的第二侧与压力敏感结构220连接。
[0131] 谐振薄膜212的第一侧与压电组件100连接，谐振薄膜212的第二侧封闭谐振腔2211的开口。
[0132] 谐振结构210可以具有一定的振动特性和能量转换效率，谐振结构210具体可以由固定部211和谐振薄膜212相互连接而成，谐振结构210能够在压电组件100和压力敏感结构220之间产生谐振频率的作用，可以将压力敏感结构220接收到的待测压力进行转换后作用在压电组件100上，或者，压电组件100利用逆压电效应产生谐振薄膜212上谐振频率的变化，进而可以保证对待测压力的检测。
[0133] 固定部211是以在谐振结构210的加工过程中自然形成，固定部211可以使谐振薄膜212的设置更加稳定可靠。
[0134] 谐振薄膜212为谐振结构210的功能部分，压电组件100利用逆压电效应可以产生谐振薄膜212上谐振频率的变化，待测压力能够作用在压力敏感薄膜2212并通过锚点240传递至谐振薄膜212及压电组件100，之后转换为谐振薄膜212、压电组件100上的应力。
[0135] 谐振薄膜212的一侧与压电组件100相连，谐振薄膜212的另一侧则封闭了谐振腔2211的开口。
[0136] 在一些示例中，压力敏感薄膜2212也可以是压力敏感结构220开设压力腔2231后开设位置减薄后形成，压力敏感薄膜2212背离压力腔2231的一侧与谐振结构210连接，压力腔2231接收的压力能够作用在压力敏感薄膜2212上并传递至谐振结构210。
[0137] 压力敏感结构220的设置和优化可以提高压电谐振式压力传感器10的性能和准确性。在本申请的压电谐振式压力传感器10中，可以利用压力敏感结构220中的压力敏感薄膜2212与谐振结构210中的谐振薄膜212相结合，从而实现对待测压力的精确感知和响应，进而提高压电谐振式压力传感器10的性能。
[0138] 压力敏感结构220的主要功能部分是压力敏感薄膜2212，压力敏感薄膜2212是压力敏感结构220在开设压力腔2231后，压力敏感结构220中与压力腔2231相对应且厚度最薄的部分区域。
[0139] 压力敏感薄膜2212能够在受到外力作用时发生形变，形变过程中会改变一定的受力方向，进而可以将形变向谐振腔2211的位置传递，之后将形变传递到谐振薄膜212上，使谐振薄膜212和压电组件100中产生应力，进而改变结构谐振频率，该谐振频率的变化可以通过压电效应将谐振薄膜212上的机械能转换为压电组件100上的电信号，之后通过外部电路对电信号进行分析判断，利用电信号可以反推待测压力的大小数值。
[0140] 谐振薄膜212的振动特性可以通过共振的方式提高了谐振腔2211内的能量传递和转换效率，这样可以使检测数据更加准确稳定。
[0141] 压力敏感薄膜2212被放置在压力腔2231的位置，使得外界施加的压力能够直接作用在压力敏感薄膜2212上。当压力敏感薄膜2212受到压力时，压力敏感薄膜2212会发生微小的形变，这种形变随后会传递到与压力敏感薄膜2212相连的谐振结构210上，之后通过谐振腔2211、谐振薄膜212以及压电组件100的配合实现对压力的检测。
[0142] 谐振结构210可以在受到外界激励时会产生振动。谐振结构210与压力敏感薄膜2212相连接，因此当谐振薄膜212发生形变时，它会对谐振结构210产生一定的激励，导致谐振结构210发生振动。这种振动可以被压电组件100捕捉并转化为电信号，从而实现对压力的精确测量。
[0143] 对应的，可以通过压电组件100反向输出电信号，进而使谐振薄膜212产生想要的谐振变形。
[0144] 在本申请中，可以利用压电组件100中压电薄膜材料的正逆压电效应实现对于压力的检测的。其中，利用逆压电效应可以反向驱动谐振结构210上谐振薄膜212振动，利用正压电效应可以检测谐振结构210的频率参数。
[0145] 压力敏感薄膜2212与谐振结构210相结合的设置方式还具有许多优点。由于压力敏感薄膜2212能够直接感受到待测压力的变化，因此这种设置方式具有较高的性能和准确性。再者，由于谐振结构210可以在受压后产生一定的振动频率，因此这种设置方式可以有效地减少干扰信号的影响，提高测量的准确性。并且，上述的设置方式还具有较好的稳定性和可靠性，能够在恶劣的环境下长期稳定运行。
[0146] 在实际应用中，压力敏感薄膜2212与谐振结构210相结合的设置方式被广泛应用于各种领域。例如，在工业自动化领域，压力敏感薄膜2212与谐振结构210相结合的设置方式可以用于实现精确的压力控制和监测，提高生产效率和产品质量。在汽车电子系统中，压力敏感薄膜2212与谐振结构210相结合的设置方式可以用于监测轮胎的压力和温度，从而提高行车的安全性和舒适性。在医疗设备中，压力敏感薄膜2212与谐振结构210相结合的设置方式可以用于监测病人的生命体征，如血压和心率等。
[0147] 压力敏感薄膜2212与谐振结构210相结合的设置方式是一种高效、准确、稳定的压力感知技术。可以提高传统压力敏感设备的性能和准确性，为各种应用领域提供更好的技术支持。
[0148] 在一些示例中，谐振组件200通过两个SOI晶片加工成型，两个SOI晶片分别为第一SOI晶片300和第二SOI晶片400。
[0149] 压力敏感结构220为第一SOI晶片300加工成型，谐振结构210为第二SOI晶片400加工成型，第一SOI晶片300的第一器件层310和第二SOI晶片400的第二器件层410键合。
[0150] 谐振组件200的制造在微纳机电系统领域，是一个比较重要的环节。随着半导体工艺的不断进步，基于绝缘体上硅(SOI)材料的谐振组件200加工技术日益成熟。本申请可以采用两个SOI晶片加工成型谐振组件200，其中涉及第二SOI晶片400和第一SOI晶片300的加工及键合过程。
[0151] SOI材料由一层硅薄膜、一层二氧化硅埋入层和一层硅衬底组成。这种结构使得SOI材料在力学、电学和热学等方面具有独特的性能，非常适合用于制造高性能的谐振组件200。具体地，第一SOI晶片300包括第一器件层310、第一埋氧层320和第一衬底层330；第二SOI晶片400包括第二器件层410、第二埋氧层420和第二衬底层430。第一器件层310可以为上述压力敏感薄膜2212所在的谐振层221，第二器件层410的厚度可以与谐振薄膜212的厚度相同，谐振薄膜212是谐振结构210的一部分，对应的谐振结构210就是第二SOI晶片400切除第二埋氧层420和第二衬底层430后单独留下第二器件层410形成。
[0152] 第一器件层310的厚度可以大于或小于第二器件层410的厚度。对应的压力敏感薄膜2212的厚度可以大于或小于谐振薄膜212的厚度。
[0153] 谐振结构210是第二SOI晶片400经过加工后形成的。具体可以通过精密的微加工技术在第二SOI晶片400上加工出谐振结构210，比如，可以用过将第二SOI晶片400中的第二衬底层430和第二埋氧层420进行切除，并将第二器件层410作为谐振结构210，在具体加工过程中，可以现将第一器件层310和第二器件层410键合后，再对第二衬底层430和第二埋氧层420进行切除，这样的方式可以保证加工精度，并且可以降低工艺难度，在第二SOI晶片400具有第二衬底层430和第二埋氧层420时，可以具有足够的厚度，方便第一器件层310与第二器件层410的键合。
[0154] SOI晶片中器件层的厚度是可以严格把控的，可以预先将第二器件层410的厚度设置为谐振结构210的厚度，谐振薄膜212是谐振结构210的一部分，因此第二器件层410的厚度也对应了谐振薄膜212的厚度。
[0155] 可以利用先进的光刻、刻蚀等技术，将第二SOI晶片400加工成具有特定形状和尺寸的谐振结构210。
[0156] 第一SOI晶片300经过加工后可以形成压力敏感结构220。同样需要借助先进的微加工技术，如光刻、刻蚀等。与谐振结构210不同，压力敏感结构220通常具有更复杂的结构，如谐振腔2211、压力腔2231、压力敏感薄膜2212等，以实现对外部压力的敏感响应。谐振腔2211可以开设在第一器件层310，压力腔2231可以开设在第一衬底层330，压力敏感薄膜
2212可以为第一器件层310的一部分。
[0157] 在完成两个SOI晶片的加工后，需要进行键合。这键合过程中，通过精确控制键合条件(如温度、压力、时间等)，使第二SOI晶片400的第二器件层410和第一SOI晶片300的第一器件层310紧密贴合在一起。键合后的谐振组件200既保留了谐振结构210的高性能特点，又实现了对外部压力的敏感响应，从而提高了整个系统的稳定性和可靠性。
[0158] 第一器件层310和第二器件层410的键合过程中，在键合处会形成一层氧化层230。
[0159] 上述结构是SOI材料的的加工，比如，这种基于SOI材料的谐振组件200加工技术具有许多优势。SOI材料的高机械品质因数使得谐振组件200具有较低的机械损耗和较高的能量转换效率。其次，SOI材料的绝缘埋入层可以有效隔离器件层与衬底之间的电学干扰，提高了系统的稳定性。此外，SOI材料的低热膨胀系数和低应力特性有助于减小谐振组件200在温度变化时的热漂移和机械应力变化，从而提高了系统的长期稳定性。
[0160] 在一些示例中，谐振腔2211设置有至少一个，谐振组件200背离压电组件100的方向上，至少一个谐振腔2211的投影环绕在压力腔2231的投影外侧。
[0161] 至少一个谐振腔2211可以设置在压力腔2231的投影周围。设置有至少两个谐振腔2211时可以具有更多的检测点，进而可以提高测量的准确性和稳定性。当压力发生变化时，不同谐振腔2211对应的谐振薄膜212可以对应产生谐振频率变化，这些谐振薄膜212可以相互验证，从而提高测量的准确性。
[0162] 在一些示例中，压电组件100背离谐振组件200的一侧设置有封盖500，封盖500与压电组件100围合成密封腔。和/或，压电组件100背离谐振组件200的一侧设置有保护结构600，保护结构600覆盖在压电组件100表面。
[0163] 压电组件100背离谐振组件200的那一面配置了封盖500。封盖500与压电组件100共同围合成一个密封腔，密封腔可以设置为真空腔，也可以设置为具有特定介质的腔体，如氮气、氨气、氙气等。这种密封结构确保了压电组件100在工作过程中不受到外部环境的干扰，如尘埃、水分或其他可能影响其性能的杂质。这种设置不仅延长了压电组件100的使用寿命，还保证了其性能的稳定性，从而提高了整个压电谐振式压力传感器10的可靠性和耐用性。
[0164] 密封腔内的压强与压力腔2231内的压强可以具有一定的压差，可以通过绝对压差或相对压差的计算方式，从而形成绝对压力或相对压力传感器。其中，绝对压差是指密封腔为真空腔时，密封腔内的压强值为零，压电谐振式压力传感器10对压力腔2231的检测数值即压力腔2231接收的压力数值，此时传感器为绝对压力传感器。相对压差是指密封腔为特定压强的腔体，此时的密封腔内具有介质并维持在一定数值的压强，压电谐振式压力传感器10对压力腔2231的检测数值需要减去密封腔内的压强值后得到压力腔2231接收的压力数值，此时传感器为相对压力传感器。
[0165] 除了封盖500之外，有些设置还可以在压电组件100背离谐振组件200的一侧设置了保护结构600。这种保护结构600可以覆盖在压电组件100的表面，为压电组件100提供了额外的防护。这种设置主要是为了应对一些极端的工作环境，如高温、高压或强电磁场等。在这些环境下，压电组件100可能会受到严重的损害，导致其性能下降或失效。而保护结构
600的存在，则能够在一定程度上抵抗这些不利因素，保护压电组件100免受损害。通过合理的选择材料，也可以使保护结构600具有温度补偿等功能。
[0166] 总的来说，无论是封盖500还是保护结构600，它们都是为了保护压电组件100，确保其能够在恶劣的工作环境中稳定、可靠地工作，也可以根据需要同时设置封盖500和保护结构600。
[0167] 压电组件100可以包括自下而上的第一电极层110、压电层120和第二电极层130，第二电极层130可以进行部分蚀刻处理，仅预留部分结构来配合第一电极层110，至少一个第一电极结构140可以穿设压电层120并连接至第一电极层110，并且第一电极结构140与第二电极层130不接触，第二电极结构150可以与第二电极层130连接。
[0168] 在任意一个第二电极结构150接收电压的情况下，基于压电层120的逆压电效应，压电层120中会产生应力。此时，由于压电层120的中性层偏离压电层120的几何中心位置，将会导致压电层120发生形变，压电层120的形变带动整个压电谐振器发生形变。
[0169] 在对任意一个第二电极结构150施加与压电谐振器谐振频率相同的交变电压时，整个结构将会发生谐振，此时谐振频率为：
[0170]
[0171] 式中，fr为谐振频率，μn为求解贝塞尔函数时设置的常数，t为厚度，r为半径，E为杨氏模量，ρ为密度，δ为泊松比。
[0172] 在压力腔2231接收待检测压力的情况下，压力敏感薄膜2212会在待检测压力的作用下发生形变且产生工作应力。锚点240可以将压力敏感薄膜2212发生的形变和产生的工作应力传递至压电谐振器，具体可以传递至压电层120。在锚点240传递的过程中，锚点240可以改变待检测压力的作用方向，降低谐振薄膜212损坏的可能性。
[0173] 压电谐振器可以设有至少两个第二电极结构150，在其中一个第二电极结构150驱动压电层120发生振动的情况下，另一个第二电极结构150会检测到压电谐振器的振动。接收电压的第二电极结构150可以是驱动电极，检测振动的第二电极结构150可以是检测电极。
[0174] 由于压电薄膜材料的正压电效应，检测电极将会产生电信号。该电信号可以用于检测压电谐振器的谐振频率。
[0175] 设待检测压力在压电谐振器上产生的工作应力为σ，此时压电谐振器的谐振频率为：
[0176]
[0177] 从上述公式可知，当检测到压电谐振器的频率变化即可确定压力值。
[0178] 在压电层120发生形变的情况下，靠近谐振组件200的部分压电层120受待检测压力的作用而挤压，背离谐振组件200的部分压电层120受待检测压力的作用而拉伸。压电层120的横截面上，拉伸部分的压电层120和挤压部分的压电层120之间存在的既不受拉又不受压，应力几乎为零的过渡层为上述提及的中性层。
[0179] 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，本申请示例提供的压电谐振式压力传感器10不需要设置额外的检测电路，结构更加简单，制造成本较低。
[0180] 在一些示例中，所述压电组件包括至少一个压电检测结构，所述压电检测结构能够直接或间接地与所述外接电路连接，每个所述谐振腔对应的位置设置一个所述压电检测结构。每个压电检测结构包括一组第二电极结构150和至少一个140第一电极结构。
[0181] 压电检测结构对应压电组件100表面的形状花纹可以根据需要设置，图7至图11示出了压电组件100背离谐振组件200一侧的五种设置方式的示意图。本申请的压电组件100不限于上述五种的排布方式。
[0182] 其中，图6为尚未沉积引线电极和氧化结构层(保护结构600)的压力敏感器件(压电组件100、谐振结构210、压力敏感结构220的结合体)立体示意图，图7为与图6对应的俯视图，该实施例中的谐振腔2211为方形空腔(立方体结构的空腔)。该附图中具有设置有四组第二电极结构150，每组第二电极结构150中均包括一个激励电极(驱动电极)和一个检测电极。每组第二电极结构150对应一个谐振腔2211。图6和图7中是以设置四个谐振腔2211为例进行示例性说明，本申请也可以设置其他数量的谐振腔2211。图8中是具有圆形空腔(圆柱体形状的空腔)的压电谐振式压力传感器10结构，其他结构与图6类似。
[0183] 图9中示出了具有圆环形空腔的压电谐振式压力传感器10结构。图10中示出了具有梁结构的压电谐振式压力传感器10结构。图11中示出了具有梁结构和应力集中结构的压电谐振式压力传感器10结构。
[0184] 参照图12和图13，第二方面，本申请提供了一种压电谐振式压力传感器10的压力补偿系统，包括至少一个上述的压电谐振式压力传感器10以及至少一个补偿传感器20，补偿传感器20与压电谐振式压力传感器10间隔设置或一体设置。
[0185] 补偿传感器20会受到环境影响，压电谐振式压力传感器10能够接收待测压力，并且也会受到等同的环境影响，压电谐振式压力传感器10的检测数值减去补偿传感器20的检测数值能够得到待测压力的数值。
[0186] 为了实现精确测量压力的目标，设置出了精度更高的压电谐振式压力传感器10，这种压电谐振式压力传感器10均能够精确捕捉和测量各种环境中的压力变化。然而，环境因素本身可能对传感器造成干扰，导致测量结果的偏差。为了解决这一问题，本申请提出了一种的压力补偿系统，该系统通过引入补偿传感器20来消除环境影响对测量结果的干扰。
[0187] 压力补偿系统主要包括两个关键部分：压电谐振式压力传感器10和至少一个补偿传感器20。压电谐振式压力传感器10负责接收待测压力，压电谐振式压力传感器10会同时检测到待测压力的数值和周围环境影响的干扰数值之和，补偿传感器20可以专门负责检测受到环境影响后的干扰数值，即传感器周围的大气压力或其他可能影响测量结果的外部压力，对应补偿传感器20检测到的数值就是周围环境影响的数值。上述的环境影响因素包括且不限于温度、振动等干扰因素。
[0188] 为了准确测量的目标压力，压电谐振式压力传感器10的检测数值减去补偿传感器20的检测数值能够得到待测压力的数值，进而可以得出准确的待测压力数值。
[0189] 上述两种传感器可以以两种方式设置：间隔设置或一体设置。在间隔设置中，压电谐振式压力传感器10和补偿传感器20被放置在不同的位置，以确保两种传感器分别接收到对应的压力，比如，压电谐振式压力传感器10可以测量到待测压力数值和环境影响干扰数值的相加值(两种力的方向相同)或相减值(两种力的方向相反)，待测压力数值和环境影响干扰数值都是传感器在特定方向下的检测，作用力方向一般只有相同或相反两种情况；补偿传感器20可以单独测量环境影响的干扰数值。这种设置方式可以通过简单的计算得出更加精准的待测压力数值。
[0190] 在一体设置中，两种传感器被整合在同一个设备中，这种设置方式可以使两种传感器受到的环境影响更加趋于一致，进一步提高测量精度。
[0191] 无论采用哪种设置方式，压电谐振式压力传感器10和补偿传感器20的测量数据都会被送入一个处理单元。以压电谐振式压力传感器10可以测量到待测压力数值和环境影响干扰数值的相加值为例，在这个处理单元中，压电谐振式压力传感器10的检测数值会减去补偿传感器20的检测数值，从而得到准确的待测压力数值。通过这种方式，补偿系统能够消除环境影响对测量结果的影响，提高测量的准确性和可靠性。
[0192] 值得注意的是，上述压力补偿系统不仅适用于静态压力测量，还适用于动态压力测量。例如，在航空航天领域，飞机的飞行过程中会经历各种复杂的气流压力和温度变化，这种压力补偿系统可以确保飞行器上的压电谐振式压力传感器10能够准确测量内部压力，从而为飞行安全提供重要保障。
[0193] 压力补偿系统还具有广泛的应用前景。在医疗领域，压力补偿系统可以用于监测患者的血压、颅内压等生理参数，为诊断和治疗提供重要依据。在环境监测领域，压力补偿系统可以用于测量大气压力、水下压力等环境参数，为环境保护和气候变化研究提供数据支持。
[0194] 参照图14，第三方面，本申请提供了一种压电谐振式压力传感器10的制备方法，适用于上述的压电谐振式压力传感器10；以下加工方法可以通过MEMS加工设备完成。该方法用于将两个SOI晶片加工成压电谐振式压力传感器10，方法包括：
[0195] 首先，需要准备两片SOI晶片。SOI晶片是一种特殊结构的硅基材料，其结构由上至下依次为器件层、埋氧层222和衬底层223。这种结构使得SOI晶片在制备过程中具有优异的力学和电学特性。
[0196] 步骤S100：取第一SOI晶片300，将第一SOI晶片300的第一器件层310厚度设置为压力敏感薄膜2212的厚度；
[0197] 上述步骤可以精确控制其第一器件层310的厚度，使第一器件层310与所需的压力敏感薄膜2212厚度相匹配。这一步骤至关重要，决定了传感器的敏感度和精度。
[0198] 步骤S200：在第一器件层310上开设至少一个谐振腔2211；
[0199] 上述步骤可以利用先进的微纳加工技术在第一器件层310上开设至少一个谐振腔2211。
[0200] 步骤S300：取第二SOI晶片400，将第二SOI晶片400的第二器件层410厚度设置为谐振薄膜212的厚度；
[0201] 上述步骤可以将第二器件层410的厚度设置为谐振薄膜212的理想厚度。这一步骤确保了谐振膜具有足够的柔性和机械强度，以满足压电谐振式压力传感器10的工作需求。
[0202] 步骤S400：倒转第二SOI晶片400，将第二器件层410键合至第一器件层310；
[0203] 上述步骤可以使第二器件层410与第一器件层310紧密键合。这一步骤利用了SOI晶片独特的结构和优异的材料性能，实现了器件层之间的稳定连接。
[0204] 步骤S500：减薄第二SOI晶片400，减薄至去除第二埋氧层420，第二SOI晶片400剩余第二器件层410；
[0205] 上述步骤可以通过精确控制减薄过程，成功地去除了第二衬底层430和第二埋氧层420，使第二SOI晶片400仅保留第二器件层410。这一步骤不仅简化了传感器的结构，而且提高了其灵敏度。第二器件层410的部分结构可以作为能够和谐振腔2211配合的谐振薄膜212。
[0206] 步骤S600：在第二器件层410背离第一器件层310的一侧加工压电组件100，在压电组件100上预留外接导电结构。
[0207] 步骤S700：在所述第一衬底层上开设所述压力腔。
[0208] 上述步骤可以在第二器件层410背离第一器件层310的一侧加工压电组件100。压电组件100的存在是实现传感器电信号转换的关键。同时，还可以在压电组件100上预留了外接导电结构，以便将传感器的输出信号与外部电路相连。参照图15至图34中示出了压电谐振式压力传感器10制备过程示意图。
[0209] 其中，图15示出了第一SOI晶片300未加工时的结构示意图；图16示出了第一SOI晶片300开设谐振腔2211后的结构示意图。
[0210] 在上述电谐振式压力传感器的制造流程中，SOI晶片，即绝缘体上硅晶片，由三层结构构成：硅衬底、二氧化硅绝缘层和硅器件层。这种特殊的结构赋予了SOI晶片优良的电学性能和机械稳定性，使其成为制造高性能压力传感器的理想材料。
[0211] 图15展示了第一SOI晶片300在未经加工时的原始结构。可以清晰地看到，硅器件层、二氧化硅绝缘层和硅衬底三层结构紧密地结合在一起，形成了一个完整的晶片。随着加工流程的推进，会在晶片上开设谐振腔，以形成特定的谐振结构。如图16所示，谐振腔2211的开设使得晶片结构发生了显著变化，为后续的加工步骤提供了基础。
[0212] 图17示出了第二SOI晶片400未加工时的结构示意图；图18示出了第二SOI晶片400倒置并朝向第一SOI晶片300键合时的结构示意图。
[0213] 在第二SOI晶片400的加工过程。在图17中，可以看到第二SOI晶片400同样具有完整的三层结构。随着加工的进行，晶片会被倒置并朝向第一SOI晶片300进行键合，如图18所示。这一步骤的实现需要高精度的工艺控制，以确保两片晶片能够精确对齐并牢固键合。
[0214] 图19示出了第二SOI晶片400倒置并与第一SOI晶片300键合后的结构示意图；图20示出了第二SOI晶片400与第一SOI晶片300键合且第二埋氧层420和第二衬底层430去除后的结构示意图。
[0215] 键合完成后，得到了一个由两片SOI晶片组成的复合结构。为了进一步优化其性能，需要去除第二埋氧层和第二衬底层，如图20所示。这一步骤使得第二器件层直接与第一器件层接触，从而提高了整体结构的电学性能。
[0216] 图21示出了第二器件层410背离第一器件层310一侧沉积压电组件100后的结构示意图；在第二器件层背离第一器件层的一侧沉积压电组件100。压电组件是压电谐振式压力传感器的核心部件，其性能直接决定了传感器的精度和稳定性。
[0217] 图22示出了第二器件层410背离第一器件层310一侧沉积压电组件100且第二电极层130刻蚀后的结构示意图；
[0218] 在压电组件沉积完成后，还需要对第二电极层进行刻蚀处理，以形成特定的电极结构。如图22所示，刻蚀后的电极结构能够更有效地与压电组件进行电学连接，从而提高传感器的响应速度和灵敏度。
[0219] 图23示出了压电组件100外侧设置保护结构600时的结构示意图；
[0220] 图24示出了压电组件100外侧设置保护结构600时且视角切换至基于图3中B‑B方向的结构示意图；
[0221] 为了保护压电组件免受外界环境的影响，还需要在其外侧设置保护结构600。保护结构600通常由绝缘材料制成，能够有效隔离外界的水分、灰尘等杂质，从而延长传感器的使用寿命。如图23和图24所示，保护结构的设置使得整个传感器结构更加稳定可靠。
[0222] 图25为本申请一示例中的压电组件中第二电极层上开设连通通道时的结构示意图；图26为本申请一示例中的压电组件中第一电极层上开设连通通道时的结构示意图；图27为本申请一示例中的压电组件中第一电极层和第二电极层上分别开设连通通道后沉积顶层金属时的结构示意图；图28示出了压电组件100图案化顶层金属后的结构示意图；
[0223] 为了提高传感器的性能和使用便利性，还需要在压电组件的第一电极层和第二电极层上分别开设连通通道，并沉积顶层金属。这一步骤使得传感器能够更方便地与外部电路进行连接和通信，从而实现了对压力信号的实时监测和数据处理。如图25、图26、图27和图28所示，经过这一系列的加工步骤后，可以得到了一个完整且功能强大的压电谐振式压力传感器。
[0224] 图29示出了压电组件100外侧设置保护结构600时且视角切换至基于图3中A‑A方向的结构示意图；图30示出了谐振组件200背离压电组件100一侧开设压力腔2231后的结构示意图；
[0225] 图31示出了封盖500加工前的结构示意图；图32示出了封盖500成型后的结构示意图；图33示出了封盖500安装后的结构示意图。封盖500具体通过键合的方式固定在压电组件上，键合方式可以是阳极键合，也可以是Al‑Ge、Au‑Au等金属键合，或其他键合方式。
[0226] 为了进一步优化传感器的性能和使用效果，还可以在谐振组件背离压电组件的一侧开设压力腔，并在传感器外部设置封盖以保护内部结构免受外界环境的影响。如图30、图31、图32和图33所示，这些附加结构的添加使得传感器在实际应用中具有更好的稳定性和可靠性，可以承接更加稳定的外部压力。
[0227] 图34示出了压电谐振式压力传感器10设置封盖500不设置保护结构600时的结构示意图。
[0228] 压电谐振式压力传感器的制造过程涉及多个复杂的加工步骤和精密的工艺控制。通过对SOI晶片的加工、压电组件的沉积、电极结构的刻蚀以及保护结构和封盖的设置等步骤可以完成对压电谐振式压力传感器的加工。
[0229] 本申请的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本申请的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0230] 以上仅为本申请的较佳示例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
