專利名稱：一種微型仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)聲壓傳感器及其制作方法
一種微型仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)聲壓傳感器及其制作方法所屬領(lǐng)域本發(fā)明屬于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域，尤其涉及一種微型仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)聲壓傳感器。
背景技術(shù)：
聲學(xué)探測定位技術(shù)在海洋、低空和地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)測領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。聲壓傳感器是被動(dòng)聲探測裝置中水聲信號(hào)接收的關(guān)鍵器件，傳統(tǒng)機(jī)械加工制造的聲壓傳感器體積大，工作頻率高，靈敏度低。為了提高目標(biāo)的探測能力，必須降低聲壓傳感器的工作頻率，拓展工作帶寬，提高接收靈敏度并減小體積與重量，MEMS技術(shù)的發(fā)展為聲壓傳感器靈敏度性能的提高和微型化提供了重要的技術(shù)手段，增加了單位面積內(nèi)聲壓傳感器陣列的個(gè)數(shù)，減小了陣列內(nèi)聲壓傳感器之間的間距，提高了聲壓傳感器對(duì)低頻信號(hào)的指向性。荷蘭特文特大學(xué)Krijnen等人研制的仿蟋蟀尾須纖毛結(jié)構(gòu)的聲壓傳感器(MEMS based hair flow-sensors as model systems for acoustic perception studies)，米用電容式的檢測原理，在敏感膜片上通過兩次旋涂SU-8光刻膠、曝光顯影后，形成仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)，由于其仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)采用SU-8光刻膠制作，剛度比較低，致使聲壓傳感器靈敏度不高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有仿蟋蟀尾須纖毛結(jié)構(gòu)的聲壓傳感器中纖毛結(jié)構(gòu)的剛度低，靈敏度不高的缺點(diǎn)，同時(shí)也為了減小傳感器器件的體積，本發(fā)明提出了一種新的微型仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)聲壓傳感器及其制作方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種微型仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)聲壓傳感器，包括仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)1、敏感膜片2、支撐梁3、環(huán)形固定結(jié)構(gòu)4、兩個(gè)檢測電極5以及玻璃基底6。仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)1位于敏感膜片2的上方并與之連為一體，敏感膜片2通過兩個(gè)支撐梁3連在環(huán)形固定結(jié)構(gòu)4上，且敏感膜片2與環(huán)形固定結(jié)構(gòu)4之間存在間隙9 ；固定結(jié)構(gòu)4與濺射有兩個(gè)檢測電極5的玻璃基底6陽極鍵合，使敏感膜片2與兩個(gè)檢測電極5之間通過一定間隙形成平板式電容結(jié)構(gòu)，檢測敏感膜片2的振動(dòng)位移。兩個(gè)檢測電極5的金屬引線從固定結(jié)構(gòu)4 上的導(dǎo)線孔7引出，與外界電源相連。當(dāng)有外來聲音激勵(lì)作用時(shí)，位于敏感膜片2上的仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)1發(fā)生彎曲變形， 帶動(dòng)敏感膜片2產(chǎn)生上下位移，使得敏感膜片2與兩個(gè)檢測電極5之間的電容產(chǎn)生變化，以此來檢測外來聲音激勵(lì)的聲壓大小。所述微型仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)聲壓傳感器的制作方法，包括如下步驟步驟1 選用標(biāo)準(zhǔn)清洗雙面拋光硅片，在硅片背面涂覆光刻膠8，光刻，顯影，將掩模版上的環(huán)形固定結(jié)構(gòu)4轉(zhuǎn)移到硅片背面。步驟2 高密度等離子體(ICP)刻蝕一定深度硅片背面，形成環(huán)形固定結(jié)構(gòu)4、平板電容極板間間距、以及導(dǎo)線孔7，去除光刻膠8。
步驟3 在硅片背面再次涂覆光刻膠8，光刻，顯影，將掩模版上的敏感膜片2轉(zhuǎn)移到硅片背面。步驟4 =ICP刻蝕硅片背面，形成敏感膜片2下表面，以及敏感膜片2和固定結(jié)構(gòu)4 之間的間隙9，并去除光刻膠8。步驟5 在玻璃基底6正面濺射金屬，涂光刻膠8，光刻顯影，刻蝕金屬形成兩個(gè)檢測電極5。步驟6 將步驟4的硅片背面和步驟5的玻璃基底6正面進(jìn)行陽極鍵合。步驟7 硅片正面上涂覆光刻膠8，光刻，顯影，將掩模版上的仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)1圖形轉(zhuǎn)移到硅片正面。步驟8 =ICP刻蝕硅片正面，形成仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)1和敏感膜片2上表面，去除光刻膠8，完成微型仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)聲壓傳感器的制作。


圖1是本發(fā)明提出的微型仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)聲壓傳感器三維結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明提出的微型仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)聲壓傳感器工藝流程示意中1-仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)，2-敏感膜片，3-支撐梁，4-環(huán)形固定結(jié)構(gòu)，5-兩個(gè)檢測電極，6-玻璃基底，7-導(dǎo)線孔，8-光刻膠，9-間隙具體實(shí)施方法參閱圖1，本實(shí)施例中的微型仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)聲壓傳感器，包括仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu) 1、敏感膜片2、支撐梁3、固定結(jié)構(gòu)4、兩個(gè)檢測電極5以及玻璃基底6 ；仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)1位于敏感膜片2的上方并與之連為一體，仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)1的直徑為500nm，長度為10 μ m ；敏感膜片2通過兩個(gè)支撐梁3連在環(huán)形固定結(jié)構(gòu)4上，且敏感膜片2與環(huán)形固定結(jié)構(gòu)4之間存在20 μ m間隙9 ；環(huán)形固定結(jié)構(gòu)4與濺射有兩個(gè)檢測電極5的玻璃基底6陽極鍵合，使敏感膜片2與兩個(gè)檢測電極5之間通過一定間隙形成平板式電容結(jié)構(gòu)，檢測敏感膜片2的振動(dòng)位移。兩個(gè)檢測電極5的金屬引線從固定結(jié)構(gòu)4上的導(dǎo)線孔7引出，與外界電源相連。當(dāng)有外來聲音激勵(lì)作用時(shí)，位于敏感膜片上的仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生彎曲變形， 帶動(dòng)敏感膜片產(chǎn)生上下位移，使得敏感膜片與玻璃電極之間的電容產(chǎn)生變化，以此來檢測外來聲音激勵(lì)的聲壓大小。所述微型仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)聲壓傳感器的制作方法，包括如下步驟步驟1 選用<100>晶向，厚度200 μ m雙面拋光硅片。在溫度為120°C，體積比為
4 1的98%濃硫酸和30%過氧化氫溶液中沸煮30分鐘，然后分別放在堿性過氧化氫溶液 (體積比為1 1 5的觀％氨水、30%過氧化氫和水，75°C)和酸性過氧化氫溶液(體積比為1 1 5的36%鹽酸、30%過氧化氫和水，75°C)中浸泡10分鐘，最后用去離子水將硅片沖洗干凈并烘干，完成硅片標(biāo)準(zhǔn)清洗。涂覆光刻膠8，光刻，顯影，將掩模版上的環(huán)形固定結(jié)構(gòu)4轉(zhuǎn)移到硅片下表面，如圖2(a)所示。步驟2:以光刻膠8為掩膜，高密度等離子體(ICP)刻蝕硅片背面，刻蝕深度為
5μ m，形成環(huán)形固定結(jié)構(gòu)4，以及導(dǎo)線孔7，此時(shí)平板電容上下極板間間距即為5 μ m，最后去除光刻膠8，如圖2(b)。步驟3 在硅片背面再次涂覆光刻膠8，光刻，顯影，將掩模版上的敏感膜片2轉(zhuǎn)移到硅片背面，如圖2(c)。步驟4 以光刻膠8為掩膜，ICP刻蝕硅片背面，刻蝕深度為3 μ m，形成敏感膜片2 和固定結(jié)構(gòu)4之間的間隙9，以及敏感膜片2下表面，此時(shí)敏感膜片2的厚度即為3 μ m，最后去除光刻膠8，如圖2(d)。步驟5 在玻璃基底6上表面濺射300nm金屬鋁，涂光刻膠8，光刻，顯影，以光刻膠 8為掩膜，刻蝕金屬鋁形成兩個(gè)檢測電極5，如圖2(e)。步驟6 將步驟4的硅片背面和步驟5的玻璃基底6正面進(jìn)行陽極鍵合，如圖2 (f)。步驟7 硅片正面上涂覆光刻膠8，光刻，顯影，將掩模版上的仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)1圖形轉(zhuǎn)移到硅片正面，如圖2(g)。步驟8 以光刻膠8為掩膜，ICP刻蝕硅片正面，刻蝕深度為195 μ m,形成仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)1和敏感膜片2上表面，纖毛結(jié)構(gòu)1長度為195 μ m,敏感膜片2厚度為5 μ m,最后去除光刻膠8，完成微型仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)聲壓傳感器的制作，如圖2 (h)。
權(quán)利要求
1.一種微型仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)聲壓傳感器，其特征在于包括仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)(1)、敏感膜片O)、支撐梁(3)、環(huán)形固定結(jié)構(gòu)G)、兩個(gè)檢測電極(5)以及玻璃基底(6)。仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)(1)位于敏感膜片(2)的上方并與之連為一體，敏感膜片(2)通過兩個(gè)支撐梁(3) 連在環(huán)形固定結(jié)構(gòu)⑷上，且敏感膜片⑵與環(huán)形固定結(jié)構(gòu)⑷之間存在間隙(9)；固定結(jié)構(gòu)(4)與濺射有兩個(gè)檢測電極(5)的玻璃基底(6)陽極鍵合，使敏感膜片( 與兩個(gè)檢測電極( 之間通過一定間隙形成平板式電容結(jié)構(gòu)，檢測敏感膜片( 的振動(dòng)位移。兩個(gè)檢測電極(5)的金屬引線從固定結(jié)構(gòu)⑷上的導(dǎo)線孔(7)引出，與外界電源相連。
2.一種如權(quán)利要求1所述的微型仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)聲壓傳感器的制作方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1 選用標(biāo)準(zhǔn)清洗雙面拋光硅片，在硅片背面涂覆光刻膠(8)，光刻，顯影，將掩模版上的環(huán)形固定結(jié)構(gòu)(4)轉(zhuǎn)移到硅片背面。步驟2 高密度等離子體(ICP)刻蝕一定深度硅片背面，形成環(huán)形固定結(jié)構(gòu)G)，平板電容極板間間距，以及導(dǎo)線孔(7)，去除光刻膠(8)。步驟3 在硅片背面再次涂覆光刻膠(8)，光刻，顯影，將掩模版上的敏感膜片( 轉(zhuǎn)移到硅片背面。步驟4 :ICP刻蝕硅片背面，形成敏感膜片( 下表面，以及敏感膜片( 和固定結(jié)構(gòu) (4)之間的間隙(9)，并去除光刻膠(S)0步驟5:在玻璃基底(6)正面濺射金屬，涂光刻膠(8)，光刻顯影，刻蝕金屬形成兩個(gè)檢測電極(5)。步驟6 將步驟4的硅片背面和步驟(5)的玻璃基底(6)正面進(jìn)行陽極鍵合。步驟7 硅片正面上涂覆光刻膠(8)，光刻，顯影，將掩模版上的仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)1)圖形轉(zhuǎn)移到硅片正面。步驟8 :ICP刻蝕硅片正面，形成仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)(1)和敏感膜片(2)上表面，去除光刻膠8，完成微型仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)聲壓傳感器的制作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微型仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)聲壓傳感器及其制造方法，屬于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域。該傳感器的蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)1位于敏感膜片2上方，敏感膜片2通過支撐梁3連在環(huán)形固定結(jié)構(gòu)4上；敏感膜片2與玻璃基底6上的兩個(gè)檢測電極5形成平板式電容結(jié)構(gòu)。當(dāng)有外來聲音激勵(lì)作用時(shí)，仿蟋蟀纖毛結(jié)構(gòu)1發(fā)生彎曲變形，帶動(dòng)敏感膜片2上下位移，使得敏感膜片2與兩個(gè)檢測電極5之間的電容產(chǎn)生變化，以此來檢測外來聲音激勵(lì)的聲壓大小。本發(fā)明提出的纖毛結(jié)構(gòu)1具有強(qiáng)度高、深寬比大的優(yōu)點(diǎn)，克服了現(xiàn)有方法SU-8光刻膠構(gòu)成的纖毛剛度不足、聲傳感器靈敏度不足的缺點(diǎn)。該傳感器可用于海洋、低空和地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)測領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01H11/06GK102252747SQ20111015493
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月9日
發(fā)明者劉振亞, 姜澄宇, 苑偉政, 馬志波 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)