[發明專利]基于PDMS-硅納米膜的柔性心音傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 202210612658.2
• 申請日: 2022-06-01
• 公開（公告）號: CN114955980A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 王任鑫;郝曉劍;程麗霞;史鵬程;張文棟;張國軍;崔建功;楊玉華;何常德
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00;B81C3/00;A61B7/02
• 代理公司: 太原倍智知識產權代理事務所(普通合伙) 14111
• 代理人: 張宏

本發明為一種基于PDMS?硅納米膜的柔性心音傳感器，屬于半導體技術領域。該傳感器由硅納米膜和柔性基底PDMS組成，硅納米膜包括壓阻區、歐姆接觸區和合金區，合金區的材質為鉻和金的合金。制備時在SOI片的上方形成氧化層，經過濃硼擴散后形成歐姆接觸區，刻蝕頂層硅后形成壓阻區，濺射、腐蝕金屬并退火后形成合金區，刻蝕并腐蝕埋氧層后形成屋檐結構，鉆蝕埋氧層后形成懸空的硅納米膜結構，最終將硅納米膜轉印到柔性基底PDMS上。該傳感器具有較高的靈敏度，同時由于柔性基底PDMS，增加了傳感器的適應性和便捷性。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體是一種基于PDMS-硅納米膜的柔性心音傳感器及其制備方法。

背景技術

心音是一種非常重要的人體生理信號，它是心臟及心血管系統機械運動和綜合狀況的反映?；趬鹤栊苽涞膫鞲衅?，由于其結構簡單、低頻特性好、性能穩定被廣泛應用在動力機械、生物醫學、航天等壓力測量領域。由于心音信號比較微弱，因此需要較高靈敏度的傳感器來檢測。由于多子遷移率的變化量有限導致基于壓阻效應的器件靈敏度不是很高，而基于硅納米膜制備的傳感器具有巨壓阻效應，它依靠的是應變引起表面勢變化從而引起多子濃度的變化，最終可以提高器件的靈敏度。同時考慮到目前大部分的心音傳感器是剛性的，適應性有一定的限制，且器件尺寸較大不夠便攜。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述技術中存在的問題，而提出了一種基于PDMS-硅納米膜的柔性心音傳感器，該傳感器是將SOI片的頂層硅經過微納加工工藝轉印到PDMS上制作成的柔性心音傳感器。

本發明是通過如下技術方案實現的：

一種基于PDMS-硅納米膜的柔性心音傳感器，包括硅納米膜和柔性基底PDMS，硅納米膜設置于柔性基底PDMS的頂面中心位置處；硅納米膜為矩形片狀結構，其中間位置為壓阻區、兩側位置分別為歐姆接觸區，歐姆接觸區的頂面中間位置設有塊狀的合金區；其中，壓阻區和歐姆接觸區為SOI片的頂層硅部分，并且歐姆接觸區進行了濃硼擴散，合金區的材質為鉻和金的合金。

進一步的，本發明還提供了上述基于PDMS-硅納米膜的柔性心音傳感器的制備方法，即：通過PECVD在SOI片的上方形成氧化層，經過濃硼擴散后形成歐姆接觸區，刻蝕頂層硅后形成壓阻區，濺射、腐蝕金屬并退火后形成合金，刻蝕并腐蝕埋氧層后形成屋檐結構，鉆蝕埋氧層后形成懸空的硅納米膜結構，最終將硅納米膜轉印到柔性基底PDMS上。具體的制備工藝步驟如下：

1）取SOI片進行標準清洗，去離子水沖洗后用氮氣吹干，保證晶圓的潔凈；

2）在SOI片的頂層硅表面生成氧化硅層；

3）設置第一層掩膜，光刻膠圖形覆蓋保護，刻蝕歐姆接觸區；

4）重摻雜，對歐姆接觸區進行濃硼擴散；

5）腐蝕掉經過重摻雜工藝后頂層硅表面形成的氧化硅層及雜質；

6）設置第二層掩膜，光刻膠圖形覆蓋保護，刻蝕壓阻區；

7）將SOI片清洗后磁控濺射金屬鉻和金，設置第三層掩膜，光刻膠圖形覆蓋保護，光刻保留位于合金區的金屬；

8）濕法腐蝕掉其他區域的金屬，去膠后，將SOI片進行退火處理，使合金區形成鉻和金的合金；

9）設置第四層掩膜，光刻膠圖形覆蓋保護，刻蝕除壓阻區及歐姆接觸區正下方以外的埋氧層；

10）濕法腐蝕壓阻區及歐姆接觸區正下方的埋氧層，使該部分埋氧層的側壁形成弧形凹面，歐姆接觸區、埋氧層的弧形凹面、底層硅之間形成屋檐結構；

11）旋涂光刻膠后全曝光，保留屋檐結構內的光刻膠部分；

12）鉆蝕埋氧層，用濕法腐蝕液將剩余的埋氧層部分徹底腐蝕掉，形成懸空的硅納米膜；

13）制備PDMS，再將硅納米膜轉印到柔性基底PDMS上；

14）在硅納米膜兩側打印電極。