[實(shí)用新型]基于硅晶元和壓電薄膜的聲表面波高溫壓力傳感器芯片

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201721157113.8
• 申請(qǐng)日: 2017-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN207515946U
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 牟笑靜;竇韶旭;齊夢(mèng)珂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L9/08
• 分類號(hào): G01L9/08
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務(wù)所(普通合伙) 50211
• 代理人: 顧曉玲

本實(shí)用新型提出了一種基于硅晶元和壓電薄膜的聲表面波高溫壓力傳感器芯片，其包括硅晶元芯片基底，所述硅晶元芯片基底包括第一表面和第二表面，在所述硅晶元芯片基底內(nèi)部設(shè)置有腔室，所述腔室在硅晶元芯片基底第二表面有開口或者由鍵合于硅晶元芯片基底的第二芯片基底密封形成高真空密封腔室；所述腔室之上的硅晶元芯片基底為壓力敏感膜，所述壓力敏感膜上形成有壓電薄膜，在所述壓電薄膜之上形成有叉指換能器和反射柵。本實(shí)用新型的基于硅晶元和壓電薄膜的聲表面波高溫壓力傳感器芯片體積小，工作在射頻段可實(shí)現(xiàn)無(wú)線收發(fā)，測(cè)量方式靈活，因而在高溫壓力測(cè)量領(lǐng)域具有非常大的應(yīng)用潛力。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體設(shè)計(jì)及制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及MEMS傳感器，具體涉及一種基于硅晶元和壓電薄膜的聲表面波高溫壓力傳感器芯片。

背景技術(shù)

高溫環(huán)境下的壓力測(cè)量是測(cè)控技術(shù)的重點(diǎn)、難點(diǎn)之一。在航空航天、國(guó)防軍工、石油化工、汽車工業(yè)等領(lǐng)域，常常需要在高溫環(huán)境下進(jìn)行壓力的測(cè)量與控制，高性能的高溫壓力傳感器是上述領(lǐng)域中的關(guān)鍵器件之一。

目前廣泛使用的硅壓阻式壓力傳感器，采用P-N結(jié)隔離應(yīng)變電橋與應(yīng)變膜，其工藝成熟且性能優(yōu)異，但是P-N結(jié)漏電隨著溫度升高而急劇增大，當(dāng)溫度超過(guò)120℃時(shí)，傳感器的性能會(huì)嚴(yán)重惡化甚至失效，另外，硅在600℃時(shí)會(huì)發(fā)生塑性變形和電流泄漏，導(dǎo)致信號(hào)處理系統(tǒng)和電路的極度失調(diào)。以石英為基底的聲表面波壓力傳感器技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但其工作溫度一般為-20℃ -100℃，不宜在高于200℃的環(huán)境下使用。

中國(guó)專利CN 1514219提供了一種固態(tài)壓阻式耐高溫壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)了 200℃以上惡劣環(huán)境的溫度測(cè)量，但此傳感器仍需電源供電，需要導(dǎo)線傳輸信號(hào)，難以勝任500℃以上高溫要求。中國(guó)專利CN101775657涉及到了硅酸鎵鑭高溫應(yīng)用零溫度補(bǔ)償切型，但沒有具體針對(duì)此晶體在傳感器方面做深入的工作。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，特別創(chuàng)新地提出了一種基于硅晶元和壓電薄膜的聲表面波高溫壓力傳感器芯片。

為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的上述目的，本實(shí)用新型提供了一種基于硅晶元和壓電薄膜的聲表面波高溫壓力傳感器芯片，其包括硅晶元芯片基底，所述硅晶元芯片基底包括第一表面和第二表面，在所述硅晶元芯片基底內(nèi)部設(shè)置有腔室，所述腔室在硅晶元芯片基底第二表面有開口或者由鍵合于硅晶元芯片基底第二表面的第二芯片基底密封形成高真空密封腔室；所述腔室之上的硅晶元芯片基底為壓力敏感膜，所述壓力敏感膜上形成有壓電薄膜，在所述壓電薄膜之上形成有叉指換能器和反射柵。

本實(shí)用新型的基于硅晶元和壓電薄膜聲表面波高溫壓力傳感器芯片體積小，工作在射頻段，可實(shí)現(xiàn)無(wú)線收發(fā)，測(cè)量方式靈活，因而在高溫壓力測(cè)量領(lǐng)域具有非常大的應(yīng)用潛力。

在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，硅晶元芯片基底的電阻率≥5kΩ。制備的傳感器高溫性能好，保證芯片質(zhì)量；用硅晶元的加工工藝簡(jiǎn)單，成品率高。

在本實(shí)用新型的另一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述壓電薄膜為晶粒呈c軸取向的純AlN壓電薄膜或摻雜10at％-43at％鈧元素的AlN壓電薄膜；保證高溫時(shí)的溫度檢測(cè)效果。

在本實(shí)用新型的另一種優(yōu)選實(shí)施方式中，叉指換能器和反射柵在壓電薄膜上方平行設(shè)置，所述叉指換能器和反射柵為同一種材料。

在本實(shí)用新型的另一種優(yōu)選實(shí)施方式中，所述叉指換能器和反射柵的材料為鋁、金、鉬、鉑、銥或其合金。能夠滿足多種溫度傳感器的要求。

例如在200℃以下選擇鋁；在600℃以下選擇金；在800℃以下選擇鉬；在1000℃以下選擇鉑；在1200℃以下選擇銥。

在本實(shí)用新型的另一種優(yōu)選實(shí)施方式中，在壓力敏感膜與壓電薄膜之間形成有底電極，所述底電極可引出接地，也可不引出。