[發明專利]一種梳齒式CMUTs流體密度傳感器及其制備方法

有效

• 申請號: 201810745339.2
• 申請日: 2018-07-09
• 公開（公告）號: CN108982291B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 趙立波;李杰;李支康;盧德江;趙一鶴;張家旺;徐廷中;蔣莊德
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N9/00
• 分類號: G01N9/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.一種梳齒式CMUTs流體密度傳感器，其特征在于，包括CMUTs單元，CMUTs單元包括自下而上依次設置的單晶硅襯底(1)、二氧化硅支柱層(2)、硅結構層(4)、梳齒電極結構和密封支柱層(9)，梳齒電極結構包括間隔設置的梳齒直流電極(6)和梳齒交流電極(7)，二氧化硅支柱層(2)與硅結構層(4)封裝形成密封真空腔(3)，其中，單晶硅襯底(1)用做下電極，與梳齒直流電極(6)形成直流偏置電壓施加點，也為信號檢測端；

梳齒直流電極(6)包括圓形的電極中心(61)，電極中心(61)向外延伸有若干對稱設置的第一縱向支柱(62)，第一縱向支柱(62)上并列設置有若干個第一弧形延伸部(63)，第一弧形延伸部(63)關于第一縱向支柱(62)對稱布置；梳齒交流電極(7)包括第二縱向支柱(71)，第二縱向支柱(71)上并列設置有若干個第二弧形延伸部(72)，第二弧形延伸部(72)關于第二縱向支柱(71)對稱布置；第二縱向支柱(71)設置在兩個相鄰的第一縱向支柱(62)之間，第一弧形延伸部(63)和第二弧形延伸部(72)交叉設置。

2.根據權利要求1所述的一種梳齒式CMUTs流體密度傳感器，其特征在于，硅結構層(4)上設置有二氧化硅絕緣層(5)。

3.根據權利要求2所述的一種梳齒式CMUTs流體密度傳感器，其特征在于，硅結構層(4)和二氧化硅絕緣層(5)的厚度之和為1μm-2μm，密封真空腔(3)的高度小于2μm、半徑為100μm-250μm。

4.根據權利要求1所述的一種梳齒式CMUTs流體密度傳感器，其特征在于，梳齒電極結構上設置有二氧化硅保護層(8)。

5.根據權利要求1所述的一種梳齒式CMUTs流體密度傳感器，其特征在于，兩梳齒電極之間間距為0.5μm-2μm，梳齒電極厚度為2μm-10μm。

6.一種梳齒式CMUTs流體密度傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、選取一個高摻硅片作為基底，激光打標后清洗，形成單晶硅襯底(1)；再選一個襯底及頂層硅均為單晶硅的SOI片，將該SOI片清洗后備用 ；

步驟2、在單晶硅襯底(1)的上、下表面各形成一層0.5μm～2μm的二氧化硅層；

步驟3、在單晶硅襯底(1)上表面的二氧化硅層上經涂膠和光刻后進行刻蝕，將上表面的二氧化硅層刻穿直至單晶硅襯底(1)，形成圓形的空腔，空腔周圍為二氧化硅支柱(2)，然后干法去膠；

步驟4、將步驟1得到SOI片鍵合在步驟3制得的結構上面，形成密封真空腔(3)，SOI片的頂層硅做為硅結構層(4)，SOI片的二氧化硅埋層做為二氧化硅絕緣層(5)；

步驟5、將步驟4制得結構的頂層SOI片硅襯底減薄至2μm～10μm；

步驟6、在步驟5制得結構的上側利用掩膜版進行重摻雜硼離子，形成梳齒電極區域；

步驟7、在步驟6制得結構的上側進行刻蝕，形成梳齒直流電極(6)、梳齒交流電極(7)以及密封支柱層(9)；梳齒直流電極(6)包括圓形的電極中心(61)，電極中心(61)向外延伸有若干對稱設置的第一縱向支柱(62)，第一縱向支柱(62)上并列設置有若干個第一弧形延伸部(63)，第一弧形延伸部(63)關于第一縱向支柱(62)對稱布置；梳齒交流電極(7)包括第二縱向支柱(71)，第二縱向支柱(71)上并列設置有若干個第二弧形延伸部(72)，第二弧形延伸部(72)關于第二縱向支柱(71)對稱布置；第二縱向支柱(71)設置在兩個相鄰的第一縱向支柱(62)之間，第一弧形延伸部(63)和第二弧形延伸部(72)交叉設置；

步驟8、另選一個單晶硅片，在其上、下表面各形成一層0.2μm～0.4μm二氧化硅層；

步驟9、將步驟8和步驟7制作的結構進行二次鍵合，其中，步驟8制得的結構在上；

步驟10、自上至下將步驟9的結構上表面的二氧化硅去除，并去除相鄰硅層的80％；

步驟11、去除單晶硅襯底(1)二氧化硅層，去除步驟8中單晶硅片上層硅結構層，留下二氧化硅結構層，形成二氧化硅保護層(8)。