重庆时时彩2星杀号: 一种微型仿蟋蟀纤毛结构声压传感器及其制作方法.pdf

(10)申请公布号 CN 102252747 A (43)申请公布日 2011.11.23 CN 102252747 A *CN102252747A* (21)申请号 201110154934.7 (22)申请日 2011.06.09 G01H 11/06(2006.01) (71)申请人 西北工业大学 地址 710072 陕西省西安市友谊西路 127 号 (72)发明人 马志波 姜澄宇 苑伟政 刘振亚 (74)专利代理机构 西北工业大学专利中心 61204 代理人 吕湘连 (54) 发明名称 一种微型仿蟋蟀纤毛结构声压传感器及其制 作方法 (57) 摘要 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。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页 CN 102252753 A1/1 页 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。 权 利 要 求 书 CN 102252747 A CN 102252753 A1/3 页 3 一种微型仿蟋蟀纤毛结构声压传感器及其制作方法 [0001] 所属领域 [0002] 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 [0003] 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。 [0004] 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 hair flow-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 [0005] 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。 [0006] 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。 [0007] 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。 [0008] 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 ： [0009] 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。 [0010] 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。 说 明 书 CN 102252747 A CN 102252753 A2/3 页 4 [0011] 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。 [0012] 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。 [0013] 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。 [0014] 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。 [0015] 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。 [0016] 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 [0017] 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 [0018] 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 [0019] 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 [0020] 具体实施方法 [0021] 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。 [0022] 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。 [0023] 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 ： [0024] 步骤 1 ： 选用 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。 [0025] 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)。 [0026] 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 说 明 书 CN 102252747 A CN 102252753 A3/3 页 5 到硅片背面， 如图 2(c)。 [0027] 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)。 [0028] 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)。 [0029] 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)。 [0030] 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)。 [0031] 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)。 说 明 书 CN 102252747 A CN 102252753 A1/3 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 102252747 A CN 102252753 A2/3 页 7 说 明 书 附 图 CN 102252747 A CN 102252753 A3/3 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 102252747 A