[發明專利]一種柔性的MEMS雙電層電容壓力傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201810053477.4
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108383075B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 劉景全;唐龍軍;洪雯;孫文熙;楊斌;陳翔;王曉林
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00;B81C1/00;A61B5/00;A61B5/0215
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀

1.一種柔性的MEMS雙電層電容壓力傳感器，其特征在于，包括：

微腔體，位于第一薄膜、第二薄膜之間，所述微腔體的底部為所述第一薄膜的一部分，所述微腔體的上部為所述第二薄膜的一部分，所述微腔體的一端封閉、另一端開口，在所述微腔體的開口端側面形成至少兩個微通道，所述微腔體在浸入電解質溶液中后，所述電解質溶液從所述開口端進入所述微腔體并阻止所述微腔體內氣體逸出；

測量電極，用于測量所述電解質溶液與氣體界面位置，位于所述微腔體內并位于所述第一薄膜之上；

參考電極，位于所述微腔體外并位于所述第一薄膜之上；

至少一對引出線，用于分別連接所述測量電極、所述參考電極；

所述參考電極或所述測量電極與所述電解質溶液接觸表面的正負離子層形成的電容即稱為雙電層電容，所述電解質溶液與所述測量電極接觸面積變化即雙電層電容值變化。

2.根據權利要求1所述的一種柔性的MEMS雙電層電容壓力傳感器，其特征在于，所述電解質溶液進入所述微腔體后，所述微通道能防止所述微腔體內微氣泡溢出微腔體。

3.根據權利要求2所述的一種柔性的MEMS雙電層電容壓力傳感器，其特征在于，所述微氣泡為難溶于電解質溶液的氣體。

4.根據權利要求1所述的一種柔性的MEMS雙電層電容壓力傳感器，其特征在于，所述引出線位于所述微腔體外并位于所述第一薄膜之上，所述引出線的形狀為蜿蜒狀以增強延展性。

5.一種權利要求1-4任一項所述的柔性的MEMS雙電層電容傳感器的應用方法，其特征在于，包括：

將整個傳感器放入電解質溶液中，所述電解質溶液從所述微腔體的開口端進入所述微腔體，通過所述微通道阻止所述微腔體內氣體逸出；

所述電解質溶液接觸所述測量電極和所述參考電極后，在測量電極和參考電極表面正負離子聚集且離子層間距極小，形成超級電容器；電解質溶液與測量電極接觸面積變化改變電容值，即可通過測量雙電層電容值變化表征外界壓力。

6.根據權利要求5所述的柔性的MEMS雙電層電容壓力傳感器的應用方法，其特征在于，在所述電解質溶液進入所述微腔體后，在所述測量電極和所述參考電極間施加微小的交流電，測量所述測量電極和所述參考電極間的電容和相角，以得到求得外界環境的壓力值。

7.根據權利要求6所述的柔性的MEMS雙電層電容壓力傳感器的應用方法，其特征在于，當外界壓力發生變化時，所述電解質溶液與所述測量電極間接觸面積發生變化，在一時間內液體的性質不發生改變，則測量到的電容值由外界環境的壓力決定，通過引出線測量所述測量電極和所述參考電極間的電容值變化，即求得外界環境的壓力值。

8.根據權利要求6所述的一種柔性的MEMS雙電層電容壓力傳感器的應用方法，其特征在于，通過比較和分析在所述測量電極和所述參考電極間施加的交流電流的頻率來獲得最優的測量頻率。

9.一種權利要求1-4任一項所述柔性的MEMS雙電層電容壓力傳感器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)在襯底上沉積第一薄膜，作為柔性的MEMS雙電層電容壓力傳感器的底層支撐結構；

2)在第一薄膜上濺射導電層；

3)圖形化導電層，形成測量電極、參考電極以及引出線圖形；

4)用犧牲層工藝定義微腔體的形狀；

5)在犧牲層上沉積第二薄膜；

6)在第二薄膜上制掩模并圖形化；

7)利用掩模刻蝕第二薄膜，用于打開微通道口，并將傳感器引出線暴露，形成電氣連接口；

8)釋放第一薄膜、第二薄膜之間的犧牲層，形成微腔體，暴露測量電極；

9)釋放器件。