[發(fā)明專利]一種基于MEMS硅-玻璃鍵合工藝的海水電導(dǎo)率傳感器

在審

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• 申請日: 2015-12-24
• 公開（公告）號: CN105388192A
• 公開（公告）日: 2016-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉海韻;馮蕓;陳嘉琪;郭潔
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: G01N27/07
• 分類號: G01N27/07;G01N27/08
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 錢麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)制造領(lǐng)域，適用于海洋測量應(yīng)用場合，特別適用于實時高精度的海水電導(dǎo)率測量，涉及一種帶過濾裝置的海水電導(dǎo)率傳感器，尤其涉及一種基于MEMS硅-玻璃鍵合工藝的海水電導(dǎo)率傳感器。

背景技術(shù)

目前，海洋觀測一直受到廣泛的關(guān)注，海水電導(dǎo)率是海洋水體最基本的物理要素，海洋中的各種現(xiàn)象、過程，海洋生物的生存與繁殖，以及人類的海上活動，包括海上軍事活動，幾乎都與海水電導(dǎo)率的時空分布直接或間接相關(guān)。

現(xiàn)有技術(shù)中，海水電導(dǎo)率測量所采用的專門測試設(shè)備，設(shè)備昂貴、體積龐大、測量成本高。而MEMS電導(dǎo)率傳感器體積小、功耗低、成本低、可大批量生產(chǎn)，適合應(yīng)用于自動、在線、長期、連續(xù)、多平臺、網(wǎng)絡(luò)化的海洋觀測，然而已有的MEMS電導(dǎo)率傳感器的抗污染能力較差，容易引起測量誤差，致使測量精度不高，限制了其在海洋觀測中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明需要解決的問題是針對上述現(xiàn)有的海水電導(dǎo)率測量設(shè)備，價格昂貴、體積龐大、測量成本高；已有的MEMS電導(dǎo)率傳感器的抗污染能力較差，存在測量誤差，測量精度不高，限制其在海洋中觀測的不足，而提供一種結(jié)構(gòu)簡單，體積小巧，操作方便，成本較低，測量速度快，抗污染能力強(qiáng)，測量精度高的一種基于MEMS硅-玻璃鍵合工藝的海水電導(dǎo)率傳感器。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種基于MEMS硅-玻璃鍵合工藝的海水電導(dǎo)率傳感器，包括絕緣襯底、四個金屬電極和過濾裝置，所述的過濾裝置呈圓帽型，包括半球形部和環(huán)形沿部，半球形部的頂部有過濾孔陣列，過濾裝置通過其環(huán)形沿部固定在絕緣襯底的上端面上，過濾裝置與絕緣襯底之間形成的空腔為電導(dǎo)池，四個金屬電極均設(shè)置于電導(dǎo)池內(nèi)的絕緣襯底上，四個金屬電極包括直徑依次變大的第一金屬電極、第二金屬電極、第三金屬電極和第四金屬電極，第一金屬電極為圓形，第二金屬電極、第三金屬電極和第四金屬電極均為圓環(huán)形，且第一金屬電極、第二金屬電極、第三金屬電極和第四金屬電極呈同心圓等間距分布，其中第一金屬電極和第四金屬電極為電流電極，第二金屬電極和第三金屬電極為電壓電極，四個金屬電極分別通過連接引線與外界測試電路相連。

絕緣襯底為硅基材料制成，絕緣襯底的上端面為二氧化硅絕緣層。

四個金屬電極均由表面鍍金的鎳材料經(jīng)金屬微加工工藝制成。

過濾孔為圓形，過濾孔的大小和間距可根據(jù)環(huán)境需要進(jìn)行加工。

過濾裝置由二氧化硅經(jīng)微加工工藝制造而成。

過濾裝置的制造方法包括以下步驟：

A、選用尺寸一致的玻璃蓋和單晶硅圓片，在單晶硅圓片上刻蝕圓形凹槽；

B、將玻璃蓋和刻蝕圓形凹槽后的單晶硅圓片進(jìn)行陽極鍵合，形成一個器件；

C、然后使用高溫爐加熱器件，高溫作用下玻璃蓋熔融，圓形凹槽內(nèi)的氣體被加熱產(chǎn)生壓力使平面的玻璃蓋變?yōu)閳A帽型的玻璃蓋；

D、使用選擇性腐蝕劑腐蝕單晶硅圓片，保留圓帽型的玻璃蓋；

E、對圓帽型的玻璃蓋的半球形部的頂部進(jìn)行聚焦離子束刻蝕，刻蝕出過濾孔陣列。

所述過濾裝置與絕緣襯底的連接面通過陽極鍵合工藝相連。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

（1）采用MEMS硅-玻璃鍵合工藝制造的過濾裝置能夠有效過濾出海水中的有機(jī)殘渣、微粒、空氣泡、海藻等，使進(jìn)入電導(dǎo)池中的海水較為純凈，克服了現(xiàn)有MEMS電導(dǎo)率傳感器抗污染能力差、測量精度低的缺點；

（2）圓帽型形的過濾裝置使海水可以從多個方向進(jìn)入電導(dǎo)池，當(dāng)改變本發(fā)明的一種基于MEMS硅-玻璃鍵合工藝的海水電導(dǎo)率傳感器在海水中的位置時，能夠快速置換電導(dǎo)池中的海水，使測量得到的電導(dǎo)率能夠?qū)崟r反映當(dāng)前所處環(huán)境的海水鹽度；

（3）本發(fā)明的一種基于MEMS硅-玻璃鍵合工藝的海水電導(dǎo)率傳感器基于MEMS加工技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧、功耗低、成本低、通用性強(qiáng)等優(yōu)點，便于實現(xiàn)實時高精度的海水電導(dǎo)率測量。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種基于MEMS硅-玻璃鍵合工藝的海水電導(dǎo)率傳感器的剖面圖；

圖2為過濾裝置的剖面圖；

圖3為過濾裝置的俯視圖；

圖4為絕緣襯底和金屬電極的剖面圖；

圖5為絕緣襯底和金屬電極的俯視圖。

其中，1、絕緣襯底，201、第一金屬電極，202、第二金屬電極，203、第三金屬電極，204、第四金屬電極，3、過濾裝置，301、二氧化硅，302、過濾孔，4、電導(dǎo)池。

具體實施方式