[發明專利]懸臂梁結構的微型電場傳感器的制備工藝流程

有效

• 申請號: 201811243883.3
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109437089B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 胡軍;薛芬;何金良;劉洋;王善祥;余占清;曾嶸
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00;G01R29/08
• 代理公司: 天津市尚儀知識產權代理事務所(普通合伙) 12217
• 代理人: 高正方

一種懸臂梁結構的微型電場傳感器的制備工藝流程，依次進行一下步驟：蝕硅襯底材料形成對準標記，加熱硅片，沉積壓電薄膜PZT，圖形化刻蝕，釋放硅片歐姆接觸區，蒸發金屬電極，刻蝕懸臂梁，對硅片底部實施減薄工藝，圖形化刻蝕減薄后的硅片底部，鍵合底座，對加工后的晶片進行劃片。其有益效果是：保障了傳感器件的穩定性和耐久性。

技術領域

本發明涉及半導體工藝傳感器加工領域，特別是一種懸臂梁結構的微型電場傳感器的制備工藝流程。

背景技術

為了實現智能電網在復雜發用電環境下運行的可靠、安全、經濟、高效、環境友好目標，開發先進的傳感和量測技術，構建系統信息采集網絡拓撲，為控制決策提供信息支撐是重要的實現基礎。滿足智能電網要求的實時監測傳感測量技術應滿足以下要求：一、微型化、易集成、低成本。系統信息參數的監測要求全覆蓋，一方面是空間布局全覆蓋，即構建電力系統信息采集網絡拓撲，在電力系統各個節點密集安裝傳感測量裝置，另一方面是信息參數全覆蓋，即除了電壓電流等最基本的電氣量采集，還需要位移、氣壓、溫度、濕度等外部量的獲取，為電力系統運行狀況評估提供更多可參考的特征因素。二、寬頻寬幅、性能穩定、易于維護。電力系統運行環境復雜惡劣，系統的正常運行及極端狀態運行時傳感測量裝置需要耐受強磁場、高場強及性能穩定性威脅。

電網中電壓、電流等基本電氣量的測量，目前主要應用電子式或電磁式互感器，適用于高幅值及工頻交流信號的測量，對直流、暫態以及高次諧波等信號無法測量；另外，互感器體積大、成本高、安裝難度大，無法實現對電網信息廣域監測的全覆蓋。相比之下，基于光電效應的非接觸式電場傳感器分辨率高、動態范圍廣，適用于交流穩態及快速過暫態的寬頻域范圍測量；然而，基于光電效應的電場傳感器目前處于推廣試驗運行階段，溫度穩定性問題仍是測量精度最大的挑戰，基于原理本身需求的高質量光源以及無法實現的微型化，不利于光電傳感器的廣泛應用與開展。

隨著基礎材料的不斷發展，新型功能材料在電氣量的感知與測量方面表現出相當可觀的性能參數，如壓電材料。壓電晶體或壓電薄膜在一定電壓范圍內的高靈敏度線性壓電效應使其具有作為傳感器感應材料的基礎。基于此，本發明提出了具有懸臂梁結構的高靈敏度高場強微型電場傳感器。該具有懸臂梁結構的微型電場傳感器的結構如圖1所示，其中1是離子摻雜區，2是壓電薄膜，3是半導體材料，4是固定件，5是底座。其原理為利用壓電材料顯著的壓電效應在水平方向產生應力形變，該形變耦合到半導體薄膜上，薄膜具有壓阻效應的摻雜區域的電阻值發生改變，通過測量薄膜摻雜區域電阻的變化來實現電場強度的測量。

發明內容

本發明的目的為：

提供一種標準的制備工藝，針對特定的材料提供獨特的加工方式，保證材料在性能參數的最優性與穩定性。

為了實現上述發明目的，設計思路為：

目前在微型傳感器的工藝上，企業及學術界都在展開研究，如基于振動式的MEMS電場傳感器的工藝上就有學者提出表面加工平行振動式電場傳感器工藝流程和體加工平行振動式電場傳感器工藝流程，兩者都在加工上最大程度地利用了傳感材料的性能參數，提高了傳感器件的穩定性。因此設計傳感器件的制備工藝是為特定結構的傳感器提供完美的制備方案

基于上述設計思路，設計了一種懸臂梁結構的微型電場傳感器的制備工藝流程。具體設計方案為：

一種懸臂梁結構的微型電場傳感器的制備工藝流程，依次進行下述步驟：

蝕硅襯底材料形成對準標記，

加熱硅片形成表面氧化硅層以形成硅晶格保護層，

在圖形化摻雜并激活的硅片表面通過溶膠凝膠法沉積壓電薄膜PZT，

對PZT薄膜及種子層Pt進行圖形化刻蝕，

利用ICP/RIE刻蝕工藝釋放硅片歐姆接觸區域的表面二氧化硅層，

蒸發金屬電極，