[發明專利]多重應力集中式MEMS仿生水聽器

有效

• 申請號: 201610058544.2
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105716705B
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 焦新泉;張國軍;劉夢然;張文棟
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01H11/08
• 分類號: G01H11/08
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

1.一種多重應力集中式MEMS仿生水聽器，其特征在于：包括圓形的底層硅（1），在底層硅（1）上氧化有氧化層（2），氧化層（2）上鍵合有圓形的頂層硅（3）；頂層硅（3）的中部按行列形式布置有四組四梁纖毛式聲電換能結構（4），四組四梁纖毛式聲電換能結構（4）以頂層硅（3）的圓心對稱布置，其中，所述的四梁纖毛式聲電換能結構（4）包括開設于頂層硅（3）上的正方形窗口（4-4），正方形窗口（4-4）的中心處設有正方形的中心連接體（4-3），中心連接體（4-3）的四邊通過四根懸臂梁（4-1）與正方形窗口（4-4）的四邊連接，中心連接體（4-3）上設有纖毛（4-2），懸臂梁（4-1）的兩端分別設有一個壓敏電阻，其中四個壓敏電阻組成探測X方向信號的惠斯通電橋、剩余四個壓敏電阻組成探測Y方向信號的惠斯通電橋；四組四梁纖毛式聲電換能結構（4）正下方的氧化層（2）被刻蝕掉；四梁纖毛式聲電換能結構（4）中的懸臂梁（4-1）的兩端從頂部向下開設有沉降槽（4-1-1），沉降槽（4-1-1）槽底的兩邊為內縮的豁口（4-1-2）設計；四梁纖毛式聲電換能結構（4）中懸臂梁（4-1）上的壓敏電阻設于其兩端的沉降槽（4-1-1）槽底上；四組四梁纖毛式聲電換能結構（4）的四根纖毛（4-2）長短不等；氧化層（2）上在其周緣處均布有四個被氧化刻蝕的空腔（5），頂層硅（3）的頂面上正對每個空腔（5）的位置分別濺射有上電極（6），底層硅（1）的底面上正對每個空腔（5）的位置分別濺射有下電極（7），上、下電極（6、7）的直徑均小于空腔（5）的直徑；頂層硅（3）上圍繞每個上電極（6）的四周都均布有四個貫穿頂層硅（3）且與空腔（5）相通的注油孔（8）。

2.根據權利要求1所述的多重應力集中式MEMS仿生水聽器，其特征在于：上、下電極（6、7）的直徑均為空腔（5）直徑的一半。

3.根據權利要求1或2所述的多重應力集中式MEMS仿生水聽器，其特征在于：頂層硅（3）上圍繞每個上電極（6）及其四個注油孔（8）外刻蝕有環形隔離槽（9），環形隔離槽（9）的直徑大于其對應的空腔（5）的直徑。

4.根據權利要求1或2所述的多重應力集中式MEMS仿生水聽器，其特征在于：四梁纖毛式聲電換能結構（4）中，中心連接體（4-3）的邊長為600μm、厚度為40μm，懸臂梁（4-1）的長度為1000μm、寬度為120μm、厚度為40μm，沉降槽（4-1-1）的長度為80μm、深度為20μm，沉降槽（4-1-1）離端面的距離為10μm；圓形的頂層硅（3）的直徑為2mm、厚度為0 .002mm，氧化層（2）上的空腔（5）高度為2μm，注油孔（8）的直徑為0 .2mm。

5.根據權利要求3所述的多重應力集中式MEMS仿生水聽器，其特征在于：四梁纖毛式聲電換能結構（4）中，中心連接體（4-3）的邊長為600μm、厚度為40μm，懸臂梁（4-1）的長度為1000μm、寬度為120μm、厚度為40μm，沉降槽（4-1-1）的長度為80μm、深度為20μm，沉降槽（4-1-1）離端面的距離為10μm；圓形的頂層硅（3）的直徑為2mm、厚度為0.002mm，氧化層（2）上的空腔（5）高度為2μm，注油孔（8）的直徑為0.2mm。