[發明專利]一種用于水體溫鹽深檢測的集成微納傳感器及其制作方法

在審

• 申請號: 202110290422.7
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113138049A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 金慶輝;王振宇;郜晚蕾;管軼華;車嘯婷
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: G01L9/04
• 分類號: G01L9/04;G01L9/06;G01K7/22;G01N27/06
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 陳其明

1.一種用于水體溫鹽深檢測的集成微納傳感器，包括可與硅基片(1)鍵合的Pyrex7740玻璃基片(2)，玻璃基片(2)上面以與其鍵合的方式覆蓋有表面為(100)晶面、雙面拋光并氧化的硅基片(1)，二者鍵合成一體；在硅基片(1)上表面的溫度傳感區域、壓力傳感區域和電導率傳感區域分別設置溫度傳感器(3)、壓力傳感器和電導率傳感器(4)；其特征在于，所述壓力傳感器如此設置：在所述壓力傳感區域的橫向兩側與縱向兩側分別對稱設置經離子注入摻雜而形成的2個橫向導電區域(15)與2個縱向導電區域(16)，在所述壓力傳感區域上表面各導電區域之間設置有經濺射和Lift-off工藝制備出的金屬導電連接線相連接，使各導電區域的電阻值相同，形成惠斯通電橋，2個橫向導電區域(15)與2個縱向導電區域(16)分別作為該惠斯通電橋的四個橋臂，所述硅基片(1)的鍵合面在壓力傳感區的背面經濕法刻蝕向內挖空形成真空壓力槽(5)，使壓力傳感區域成為微米級厚度的遇壓變形的壓力敏感膜(17)；當壓力傳感區域受到壓力時，2個橫向導電區域(15)與2個縱向導電區域(16)受壓變形而產生壓阻效應，成為該惠斯通電橋的四個橋臂的壓阻感應條，將壓力信號變換為電阻值信號即電信號，所述金屬導電連接線與四個橋臂的壓阻感應條之間以歐姆接觸相連接，通過金屬導電連接線傳遞出。

2.如權利要求1所述的集成微納傳感器，其特征在于，所述壓阻感應條經硼離子注入摻雜而形成，包括摻雜密度低的輕摻雜區域(6)與摻雜密度高的重摻雜區域(7)，摻雜結深均為納米級，輕摻雜區域(6)均沿著晶向為[100]硅基片(1)表面的[110]方向呈細長條狀蛇行方式在其所在區域面積來回重復布置，輕摻雜區域(6)的電阻值遠大于重摻雜區域(7)的電阻值，是感應外界壓力的主體；重摻雜區域(7)為惠斯通電橋橋臂電阻的連接點，呈方塊狀布置，其寬度大于輕摻雜區域(6)的寬度，用于補償離子注入輕摻雜區域(6)壓阻效應發生時由于泊松效應引起的誤差，以及增大離子注入輕摻雜區域(6)的面積；金屬導電連接線為金屬鋁連接線(8)；惠斯通電橋在壓力傳感區域的4個邊角處分別設置用作對外接線的接線塊(9)。

3.如權利要求2所述的集成微納傳感器，其特征在于，所述2個橫向導電區域(15)與2個縱向導電區域(16)的呈細長條狀的輕摻雜區域(6)均呈縱向布置。

4.如權利要求2所述的集成微納傳感器，其特征在于，所述輕摻雜區域(6)與重摻雜區域(7)的長寬為微米級，金屬鋁連接線(8)厚度為微米級、長寬為毫米級的鋁薄層，重摻雜區域(7)的摻雜密度是輕摻雜區域(6)的8至12倍；所述真空壓力槽(5)為由濕法刻蝕工藝刻蝕硅基片(1)（100）背面形成的長寬高為毫米級的開口槽；所述溫度傳感器(3)、電導率傳感器(4)為由Lift-off工藝直接形成的厚度為納米級、長寬為微米級的鉑薄層。

5.如權利要求1所述的集成微納傳感器，其特征在于，所述硅基片(1)壓力傳感區域的壓力敏感膜(17)的厚度為50 um至100 um。

6.如權利要求1所述的集成微納傳感器，其特征在于，所述溫度傳感器(3)由一段作為熱敏電阻的鉑電阻絲在硅基片(1)表面其中一區域布置而成，電導率傳感器(4)由2對鉑電極在硅基片(1)表面其中一區域布置而成。

7.如權利要求6所述的集成微納傳感器，其特征在于，形成所述溫度傳感器(3)的鉑電阻絲為Pt1000電阻絲，所述鉑電阻絲在硅基片(1)上表面呈細長條狀蛇行方式在其所在區域面積來回重復布置，使得形成溫度傳感器(3)的整段金屬鉑絲的長度與寬度能達到溫度為0度時電阻值為一個設定臨界值；所述鉑電阻絲的兩端分別設置用作對外接線的接線塊(9)。