[發(fā)明專利]一種復(fù)合編碼型SAW溫度、壓力集成傳感器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910564930.2
• 申請(qǐng)日: 2019-06-27
• 公開（公告）號(hào): CN110231103B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡春華;王李;金紀(jì)東;滕思茹;張蕾;張曼曼;談俊燕;華迪;李磊;齊本勝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)常州校區(qū)
• 主分類號(hào): G01K11/26
• 分類號(hào): G01K11/26;G01L1/25;G01L11/04;B81B7/00;B81B7/02;B81C1/00;C30B23/02;C30B25/02;C30B29/06
• 代理公司: 南京縱橫知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 劉艷艷;董建林

1.一種復(fù)合編碼型SAW溫度、壓力集成傳感器，其特征在于，包括襯底（1）及設(shè)置在襯底（1）上表面的壓電材料（5），所述襯底（1）內(nèi)部設(shè)有密封腔（6），所述壓電材料（5）至少有兩塊，其中至少一塊壓電材料（5）設(shè)置在襯底（1）密封腔（6）正上方，另有至少一塊壓電材料（5）設(shè)置在襯底無密封腔部位上方；每塊壓電材料（5）上均設(shè)有SAW諧振器；其中位于密封腔（6）正上方的SAW諧振器作為壓力傳感器，位于襯底無密封腔部位上方的SAW諧振器作為溫度傳感器，利用在密封腔上的SAW諧振器會(huì)隨外界壓力而改變諧振頻率的效應(yīng)來測(cè)定壓力，利用沉積在壓電材料上的SAW諧振器會(huì)隨外界溫度而改變諧振頻率的效應(yīng)來測(cè)定溫度；

所述SAW諧振器包括反射柵（9）、第一叉指電極IDTs（101）、第二叉指電極IDTs（102）、第三叉指電極IDTs（103）、平面電感（12）和電容器（8）；

所述反射柵（9）用于反射聲表面波信號(hào)傳送給第一叉指電極IDTs（101），所述第一叉指電極IDTs（101）用于對(duì)接收到的聲表面波信號(hào)進(jìn)行選頻，第二叉指電極IDTs（102）作為信號(hào)延遲線，所述第三叉指電極IDTs（103）連接有微帶天線（11），用于接收和發(fā)送無線電波信號(hào)；所述平面電感（12）和電容器（8）構(gòu)成L型阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，第一叉指電極IDTs（101）通過電互連線（7）連接到阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入端，阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端通過電互連線（7）連接到第二叉指電極IDTs（102），第二叉指電極IDTs（102）把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲表面波信號(hào)，傳送給第三叉指電極IDTs（103），第三叉指電極IDTs（103）將聲表面波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并通過微帶天線（11）把電信號(hào)發(fā)送出去。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合編碼型SAW溫度、壓力集成傳感器，其特征在于，所述第一叉指電極IDTs（101）、第二叉指電極IDTs（102）、第三叉指電極IDTs（103）、反射柵（9）、微帶天線（11）、平面電感（12）和電容器（8）的材質(zhì)均為鋁。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合編碼型SAW溫度、壓力集成傳感器，其特征在于，還包括絕緣襯底，所述絕緣襯底設(shè)置在襯底（1）與壓電材料（5）之間。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合編碼型SAW溫度、壓力集成傳感器，其特征在于，所述絕緣襯底包括氧化硅層（2）和氮化硅層（3），氧化硅層（2）生長(zhǎng)在襯底（1）上表面，氮化硅層（3）生長(zhǎng)在氧化硅層（2）上表面，壓電材料（5）設(shè)置在氮化硅層（3）上表面。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合編碼型SAW溫度、壓力集成傳感器，其特征在于，所述襯底（1）為單晶硅，采用N型單晶硅、P型單晶硅。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合編碼型SAW溫度、壓力集成傳感器，其特征在于，所述壓電材料（5）為氮化鋁。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合編碼型SAW溫度、壓力集成傳感器，其特征在于，所述密封腔（6）的腔體高度為3~10um，寬度大于對(duì)應(yīng)的壓電材料（5）的寬度。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的復(fù)合編碼型SAW溫度、壓力集成傳感器的制備方法，其特征在于，包括：

在單晶硅襯底（1）上刻蝕淺槽；

在對(duì)淺槽側(cè)壁保護(hù)的同時(shí)，對(duì)單晶硅襯底（1）進(jìn)行各向同性腐蝕；

外延生長(zhǎng)單晶硅，在單晶硅襯底（1）中形成密封腔（6）；

通過化學(xué)機(jī)械拋光工藝使單晶硅襯底（1）上表面平滑；

依次生長(zhǎng)氧化硅層（2），氮化硅層（3），作為絕緣襯底；

濺射金屬，光刻、腐蝕形成電容器（8）下極板；

生長(zhǎng)壓電材料（5），光刻、腐蝕形成SAW諧振器的壓電層結(jié)構(gòu)；

濺射金屬，光刻、腐蝕形成電互連線（7）、SAW諧振器的反射柵（9）、第一叉指電極IDTs（101）、第二叉指電極IDTs（102）、第三叉指電極IDTs（103）、微帶天線（11）、平面電感（12）和電容器（8）的上極板。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的復(fù)合編碼型SAW溫度、壓力集成傳感器的制備方法，其特征在于，所述密封腔（6）的腔體高3~10um，寬度大于對(duì)應(yīng)的壓電材料（5）的寬度。