CN102252747A - 一种微型仿蟋蟀纤毛结构声压传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微型仿蟋蟀纤毛结构声压传感器及其制造方法，属于微机电系统(MEMS)领域。该传感器的蟋蟀纤毛结构1位于敏感膜片2上方，敏感膜片2通过支撑梁3连在环形固定结构4上；敏感膜片2与玻璃基底6上的两个检测电极5形成平板式电容结构。当有外来声音激励作用时，仿蟋蟀纤毛结构1发生弯曲变形，带动敏感膜片2上下位移，使得敏感膜片2与两个检测电极5之间的电容产生变化，以此来检测外来声音激励的声压大小。本发明提出的纤毛结构1具有强度高、深宽比大的优点，克服了现有方法SU-8光刻胶构成的纤毛刚度不足、声传感器灵敏度不足的缺点。该传感器可用于海洋、低空和地面运动目标的监测领域。
Description
所属领域
本发明属于微机电系统(MEMS)领域，尤其涉及一种微型仿蟋蟀纤毛结构声压传感器。
背景技术
声学探测定位技术在海洋、低空和地面运动目标的监测领域有着重要的应用。声压传感器是被动声探测装置中水声信号接收的关键器件，传统机械加工制造的声压传感器体积大，工作频率高，灵敏度低。为了提高目标的探测能力，必须降低声压传感器的工作频率，拓展工作带宽，提高接收灵敏度并减小体积与重量，MEMS技术的发展为声压传感器灵敏度性能的提高和微型化提供了重要的技术手段，增加了单位面积内声压传感器阵列的个数，减小了阵列内声压传感器之间的间距，提高了声压传感器对低频信号的指向性。
荷兰特文特大学Krijnen等人研制的仿蟋蟀尾须纤毛结构的声压传感器(MEMS based hairflow-sensors as model systems for acoustic perception studies)，采用电容式的检测原理，在敏感膜片上通过两次旋涂SU-8光刻胶、曝光显影后，形成仿蟋蟀纤毛结构，由于其仿蟋蟀纤毛结构采用SU-8光刻胶制作，刚度比较低，致使声压传感器灵敏度不高。
发明内容
为了克服现有仿蟋蟀尾须纤毛结构的声压传感器中纤毛结构的刚度低，灵敏度不高的缺点，同时也为了减小传感器器件的体积，本发明提出了一种新的微型仿蟋蟀纤毛结构声压传感器及其制作方法。
本发明的技术方案是，一种微型仿蟋蟀纤毛结构声压传感器，包括仿蟋蟀纤毛结构1、敏感膜片2、支撑梁3、环形固定结构4、两个检测电极5以及玻璃基底6。仿蟋蟀纤毛结构1位于敏感膜片2的上方并与之连为一体，敏感膜片2通过两个支撑梁3连在环形固定结构4上，且敏感膜片2与环形固定结构4之间存在间隙9；固定结构4与溅射有两个检测电极5的玻璃基底6阳极键合，使敏感膜片2与两个检测电极5之间通过一定间隙形成平板式电容结构，检测敏感膜片2的振动位移。两个检测电极5的金属引线从固定结构4上的导线孔7引出，与外界电源相连。
当有外来声音激励作用时，位于敏感膜片2上的仿蟋蟀纤毛结构1发生弯曲变形，带动敏感膜片2产生上下位移，使得敏感膜片2与两个检测电极5之间的电容产生变化，以此来检测外来声音激励的声压大小。
所述微型仿蟋蟀纤毛结构声压传感器的制作方法，包括如下步骤：
步骤1：选用标准清洗双面抛光硅片，在硅片背面涂覆光刻胶8，光刻，显影，将掩模版上的环形固定结构4转移到硅片背面。
步骤2：高密度等离子体(ICP)刻蚀一定深度硅片背面，形成环形固定结构4、平板电容极板间间距、以及导线孔7，去除光刻胶8。
步骤3：在硅片背面再次涂覆光刻胶8，光刻，显影，将掩模版上的敏感膜片2转移到硅片背面。
步骤4：ICP刻蚀硅片背面，形成敏感膜片2下表面，以及敏感膜片2和固定结构4之间的间隙9，并去除光刻胶8。
步骤5：在玻璃基底6正面溅射金属，涂光刻胶8，光刻显影，刻蚀金属形成两个检测电极5。
步骤6：将步骤4的硅片背面和步骤5的玻璃基底6正面进行阳极键合。
步骤7：硅片正面上涂覆光刻胶8，光刻，显影，将掩模版上的仿蟋蟀纤毛结构1图形转移到硅片正面。
步骤8：ICP刻蚀硅片正面，形成仿蟋蟀纤毛结构1和敏感膜片2上表面，去除光刻胶8，完成微型仿蟋蟀纤毛结构声压传感器的制作。
附图说明
图1是本发明提出的微型仿蟋蟀纤毛结构声压传感器三维结构示意图
图2是本发明提出的微型仿蟋蟀纤毛结构声压传感器工艺流程示意图
图中：1-仿蟋蟀纤毛结构，2-敏感膜片，3-支撑梁，4-环形固定结构，5-两个检测电极，6-玻璃基底，7-导线孔，8-光刻胶，9-间隙
具体实施方法
参阅图1，本实施例中的微型仿蟋蟀纤毛结构声压传感器，包括仿蟋蟀纤毛结构1、敏感膜片2、支撑梁3、固定结构4、两个检测电极5以及玻璃基底6；仿蟋蟀纤毛结构1位于敏感膜片2的上方并与之连为一体，仿蟋蟀纤毛结构1的直径为500nm，长度为10μm；敏感膜片2通过两个支撑梁3连在环形固定结构4上，且敏感膜片2与环形固定结构4之间存在20μm间隙9；环形固定结构4与溅射有两个检测电极5的玻璃基底6阳极键合，使敏感膜片2与两个检测电极5之间通过一定间隙形成平板式电容结构，检测敏感膜片2的振动位移。两个检测电极5的金属引线从固定结构4上的导线孔7引出，与外界电源相连。
当有外来声音激励作用时，位于敏感膜片上的仿蟋蟀纤毛结构会发生弯曲变形，带动敏感膜片产生上下位移，使得敏感膜片与玻璃电极之间的电容产生变化，以此来检测外来声音激励的声压大小。
所述微型仿蟋蟀纤毛结构声压传感器的制作方法，包括如下步骤：
步骤1：选用<100>晶向，厚度200μm双面抛光硅片。在温度为120℃，体积比为4∶1的98％浓硫酸和30％过氧化氢溶液中沸煮30分钟，然后分别放在碱性过氧化氢溶液(体积比为1∶1∶5的28％氨水、30％过氧化氢和水，75℃)和酸性过氧化氢溶液(体积比为1∶1∶5的36％盐酸、30％过氧化氢和水，75℃)中浸泡10分钟，最后用去离子水将硅片冲洗干净并烘干，完成硅片标准清洗。涂覆光刻胶8，光刻，显影，将掩模版上的环形固定结构4转移到硅片下表面，如图2(a)所示。
步骤2：以光刻胶8为掩膜，高密度等离子体(ICP)刻蚀硅片背面，刻蚀深度为5μm，形成环形固定结构4，以及导线孔7，此时平板电容上下极板间间距即为5μm，最后去除光刻胶8，如图2(b)。
步骤3：在硅片背面再次涂覆光刻胶8，光刻，显影，将掩模版上的敏感膜片2转移到硅片背面，如图2(c)。
步骤4：以光刻胶8为掩膜，ICP刻蚀硅片背面，刻蚀深度为3μm，形成敏感膜片2和固定结构4之间的间隙9，以及敏感膜片2下表面，此时敏感膜片2的厚度即为3μm，最后去除光刻胶8，如图2(d)。
步骤5：在玻璃基底6上表面溅射300nm金属铝，涂光刻胶8，光刻，显影，以光刻胶8为掩膜，刻蚀金属铝形成两个检测电极5，如图2(e)。
步骤6：将步骤4的硅片背面和步骤5的玻璃基底6正面进行阳极键合，如图2(f)。
步骤7：硅片正面上涂覆光刻胶8，光刻，显影，将掩模版上的仿蟋蟀纤毛结构1图形转移到硅片正面，如图2(g)。
步骤8：以光刻胶8为掩膜，ICP刻蚀硅片正面，刻蚀深度为195μm，形成仿蟋蟀纤毛结构1和敏感膜片2上表面，纤毛结构1长度为195μm，敏感膜片2厚度为5μm，最后去除光刻胶8，完成微型仿蟋蟀纤毛结构声压传感器的制作，如图2(h)。
Claims (2)
1.一种微型仿蟋蟀纤毛结构声压传感器，其特征在于：包括仿蟋蟀纤毛结构(1)、敏感膜片(2)、支撑梁(3)、环形固定结构(4)、两个检测电极(5)以及玻璃基底(6)。仿蟋蟀纤毛结构(1)位于敏感膜片(2)的上方并与之连为一体，敏感膜片(2)通过两个支撑梁(3)连在环形固定结构(4)上，且敏感膜片(2)与环形固定结构(4)之间存在间隙(9)；固定结构(4)与溅射有两个检测电极(5)的玻璃基底(6)阳极键合，使敏感膜片(2)与两个检测电极(5)之间通过一定间隙形成平板式电容结构，检测敏感膜片(2)的振动位移。两个检测电极(5)的金属引线从固定结构(4)上的导线孔(7)引出，与外界电源相连。
2.一种如权利要求1所述的微型仿蟋蟀纤毛结构声压传感器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：选用标准清洗双面抛光硅片，在硅片背面涂覆光刻胶(8)，光刻，显影，将掩模版上的环形固定结构(4)转移到硅片背面。
步骤2：高密度等离子体(ICP)刻蚀一定深度硅片背面，形成环形固定结构(4)，平板电容极板间间距，以及导线孔(7)，去除光刻胶(8)。
步骤3：在硅片背面再次涂覆光刻胶(8)，光刻，显影，将掩模版上的敏感膜片(2)转移到硅片背面。
步骤4：ICP刻蚀硅片背面，形成敏感膜片(2)下表面，以及敏感膜片(2)和固定结构(4)之间的间隙(9)，并去除光刻胶(8)。
步骤5：在玻璃基底(6)正面溅射金属，涂光刻胶(8)，光刻显影，刻蚀金属形成两个检测电极(5)。
步骤6：将步骤4的硅片背面和步骤(5)的玻璃基底(6)正面进行阳极键合。
步骤7：硅片正面上涂覆光刻胶(8)，光刻，显影，将掩模版上的仿蟋蟀纤毛结构1)图形转移到硅片正面。
步骤8：ICP刻蚀硅片正面，形成仿蟋蟀纤毛结构(1)和敏感膜片(2)上表面，去除光刻胶8，完成微型仿蟋蟀纤毛结构声压传感器的制作。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20111123 |