[發(fā)明專利]高靈敏度傳感器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811270252.0
• 申請(qǐng)日: 2018-10-29
• 公開（公告）號(hào): CN109489843B
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉婕妤;鄒楊;高超;周杰;胡博豪;劉炎;孫成亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G01K5/28
• 分類號(hào): G01K5/28;G01K11/26
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 俞琳娟

本發(fā)明提供了一種高靈敏度傳感器及其制備方法。本發(fā)明提供的高靈敏度傳感器，其特征在于，包括：襯底，內(nèi)部具有密閉的空腔，該空腔內(nèi)充有惰性氣體，且氣壓小于1atm；和諧振部，形成在襯底上，包括：底電極、壓電中間層、和上電極或叉指電極。根據(jù)本發(fā)明提供的高靈敏度傳感器，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，空腔內(nèi)部的惰性氣體的體積會(huì)隨溫度而變化，從而引起諧振部的底電極和壓電中間層的應(yīng)變形變，使諧振部的頻率發(fā)生改變，通過檢測(cè)頻率的改變可以實(shí)現(xiàn)靈敏的傳感。通過諧振部可以提升傳感器的靈敏度，從而提高傳感器性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器制備領(lǐng)域，具體涉及高靈敏度傳感器及其制備方法。

技術(shù)背景

傳感器作為一種能實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能相互轉(zhuǎn)換的換能器現(xiàn)在已經(jīng)廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)、宇宙開發(fā)、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等極其之泛的領(lǐng)域。溫度傳感器是最早開發(fā)，應(yīng)用最廣的一類傳感器。溫度傳感器是利用NTC的阻值隨溫度變化的特性，將非電學(xué)的物理量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量，從而可以進(jìn)行溫度精確測(cè)量與自動(dòng)控制的半導(dǎo)體器件。現(xiàn)在多數(shù)采用的熱電偶傳感器，它靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號(hào)的影響，也容易受到前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測(cè)量微小的溫度變化。壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，常常作為一種自動(dòng)化控制的前端元件，因此其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，包括石油化工、造紙、水處理、電力、船舶、機(jī)床和公用設(shè)備等行業(yè)。雖然壓力傳感器的種類很多，但隨著需求的不斷增長(zhǎng)，市場(chǎng)也更加需要高靈敏度且輕便優(yōu)質(zhì)的傳感器。目前廣泛應(yīng)用的稱重傳感器也易受到不同重力加速度和空氣浮力的影響。傳感器的特點(diǎn)包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，微型化是建立在微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)基礎(chǔ)上的。近年來(lái)隨著壓電式微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的不斷發(fā)展，薄膜體聲波諧振器(FBAR)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，將MEMS應(yīng)用在傳感器技術(shù)上也得到了越來(lái)越多的關(guān)注。

目前雖然傳感器的類型很多，但急需一種可以提高測(cè)量的精準(zhǔn)度和靈敏度且工藝簡(jiǎn)單的傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決上述問題而進(jìn)行的，目的在于提供一種高靈敏度傳感器及其制備方法。

本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用了以下方案：

<傳感器>

本發(fā)明提供一種高靈敏度傳感器，其特征在于，包括：襯底，內(nèi)部具有密閉的空腔，該空腔內(nèi)充有惰性氣體，且氣壓小于1atm；和諧振部，形成在襯底上，包括：底電極、壓電中間層、和上電極或叉指電極。諧振部可以為薄膜體聲波諧振器結(jié)構(gòu)、或高頻聲表面波諧振器結(jié)構(gòu)、或環(huán)形諧振器結(jié)構(gòu)；其中，薄膜體聲波諧振器結(jié)構(gòu)為三明治狀，包括底電極、壓電中間層和上電極；高頻聲表面波諧振器結(jié)構(gòu)包括底電極、壓電中間層和叉指電極；環(huán)形諧振器結(jié)構(gòu)為環(huán)形的三明治狀，包括底電極、壓電中間層和上電極。

優(yōu)選地，本發(fā)明提供的高靈敏度傳感器還可以具有以下特征：襯底為單晶硅材料。

并且，本發(fā)明提供的高靈敏度傳感器還可以具有以下特征：底電極、上電極、叉指電極均為金屬導(dǎo)電薄膜。

另外，本發(fā)明提供的高靈敏度傳感器還可以具有以下特征：底電極、上電極、叉指電極優(yōu)選為Mo或Pt導(dǎo)電薄膜，此外也為Au、Al等金屬薄膜。

另外，本發(fā)明提供的高靈敏度傳感器還可以具有以下特征：壓電中間層優(yōu)選為：ALN薄膜，或Sc摻雜ALN薄膜，此外也可為PZT、ZnO等壓電薄膜。

<制備方法>

進(jìn)一步，本發(fā)明還提供一種高靈敏度傳感器的制備方法，其特征在于：制備具有上述<傳感器>中任意一項(xiàng)所描述的高靈敏度傳感器。

優(yōu)選地，本發(fā)明提供的高靈敏度傳感器的制備方法還可以具有以下特征：襯底內(nèi)的空腔是由兩層襯底材料在惰性氣體環(huán)境下進(jìn)行鍵合所形成。