[發(fā)明專利]基于薄膜體聲波諧振器的磁場傳感器及制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010975435.3
• 申請(qǐng)日: 2020-09-16
• 公開（公告）號(hào): CN111965572A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韋一;柏沁園;唐瑩;王玉龍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國計(jì)量大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R33/10
• 分類號(hào): G01R33/10;G01R33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于薄膜體聲波諧振器的磁場傳感器，其結(jié)構(gòu)從下至上包括硅襯底、絕緣支撐層、下電極、壓電層、上電極以及上電極兩側(cè)的絕緣體塊；上電極采用具有磁致伸縮效應(yīng)的材料，便于隨磁場大小發(fā)生變化；硅襯底上刻蝕形成空氣腔并在上方沉積絕緣支撐層作為聲波反射層；當(dāng)磁場發(fā)生變化，上電極發(fā)生磁致伸縮效應(yīng)，引起電極發(fā)生形變，從而改變諧振頻率，以此來測量磁場強(qiáng)度；本發(fā)明中磁場傳感器的尺寸小，制造成本低，制備工藝簡單，并且能夠反復(fù)使用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于薄膜體聲波諧振器的磁場傳感器，屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

磁場傳感器在上世紀(jì)70至80年代形成，90年代時(shí)磁傳感器已發(fā)展的較為成熟和完善，在國民經(jīng)濟(jì)、國防建設(shè)、科學(xué)技術(shù)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用，已經(jīng)成為現(xiàn)代傳感器產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要的分支，在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用和改造、資源探查、環(huán)境保護(hù)、生物工程、交通智能化等各個(gè)方面，磁場傳感器的應(yīng)用越來越重要，尤其在在電機(jī)工業(yè)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、汽車工業(yè)等行業(yè)，磁場傳感器的運(yùn)用更加的廣泛。

隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，人們對(duì)磁場傳感器進(jìn)行了更深入的研究和開發(fā)，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、高效率、更安全的檢測，對(duì)磁場傳感器在低功耗、穩(wěn)定性、低成本、微型化、可集成等技術(shù)指標(biāo)上有了更高的要求，而傳統(tǒng)磁場傳感器已經(jīng)不能滿足這樣的需求，所以對(duì)新式磁場傳感器的需求日益增加。

薄膜體聲波諧振器由于高品質(zhì)因素、體積小、可集成、低功率等特點(diǎn)，近年來越來越受人們的重視，同時(shí)也在無線通信領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。磁致伸縮是指物體在磁場中磁化時(shí)，在磁化方向會(huì)發(fā)生伸長或縮短，而這恰巧是反映磁場變化的間接物理現(xiàn)象，將薄膜體聲波諧振器和磁致伸縮效應(yīng)結(jié)合起來的磁場傳感器可以很好的解決傳統(tǒng)磁場傳感器所遇到的問題，所以需要體積更小、功耗更小、易于集成、更高效的基于薄膜體聲波諧振器的磁場傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

目的：為了解決傳統(tǒng)磁場傳感器技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于薄膜體聲波諧振器的磁場傳感器。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

基于薄膜體聲波諧振器的磁場傳感器，其特征在于：整體結(jié)構(gòu)從下至上包括硅村底、絕緣支撐層、下電極、壓電層、上電極以及上電極兩側(cè)的絕緣體塊；所述上電極采用具有磁致伸縮效應(yīng)的材料，便于隨磁場大小發(fā)生變化；所述硅襯底上刻蝕形成空氣腔并在上方沉積絕緣支撐層作為聲波反射層。

所述下電極使用金屬鉬或者鋁材料，所述上電極使用具有磁致伸縮效應(yīng)的金屬鎳材料，其厚度為0.1um-0.2um。

所述壓電層使用具有壓電效應(yīng)的氧化鋅材料，其厚度為1um-3um。

所述上電極兩側(cè)的絕緣體塊使用二氧化硅材料，其厚度為0.1-0.5um。

本發(fā)明還提供所述的基于薄膜體聲波諧振器的磁場傳感器的制備方法，包括以下步驟：首先采用半導(dǎo)體工藝在硅襯底上表面刻蝕形成深度5um-20um的空氣腔，在硅襯底上表面熱生長一層厚度為0.1um-0.3um 的絕緣二氧化硅作為支撐層，接著采用直流磁控濺射沉積金屬鉬作為下電極，隨后采用溶膠-凝膠工藝在下電極上生長氧化鋅作為壓電層，然后在壓電層上采用電子蒸發(fā)束法沉積上磁致伸縮性材料金屬鎳作為上電極，最后在上電極兩側(cè)熱生長形成厚度為0.1-0.5um的絕緣二氧化硅材料塊。

本發(fā)明的效果：本發(fā)明提供的是基于薄膜體聲波諧振器的磁場傳感器，當(dāng)磁性金屬鎳上電極感受到磁場時(shí)，由于磁致伸縮效應(yīng)，上電極的厚度會(huì)發(fā)生形變，電極厚度的變化會(huì)導(dǎo)致諧振頻率的偏移，通過測量諧振點(diǎn)的偏移大小來測得磁場強(qiáng)度大小，撤去磁場后金屬鎳恢復(fù)原狀；同時(shí)上電極兩側(cè)突起的絕緣二氧化硅結(jié)構(gòu)可以有效地抑制壓電層中的雜散模式，提高諧振器的Q值，從而提高傳感器的靈敏度。