[发明专利]基于ZnO纳米线阵列的压力传感器芯片及其制备方法

权利要求书

1.一种基于ZnO纳米线阵列的压力传感器芯片的制备方法，其特征在于：包括制备ZnO纳米线压电元件的步骤、制备C型杯弹性元件的步骤和将ZnO纳米线压电元件和C型杯弹性元件结合的步骤；

制备ZnO纳米线压电元件的步骤：

(1)使用HF溶液清洗双面抛光的硅片，并将清洗后的硅片置于等离子处理系统中进行表面处理，等离子体处理的时间为5～20分钟，处理温度为20～300℃，处理完后进行烘干；

(2)在硅片两端淀积氮化硅；

(3)利用硅通孔技术在硅片上利用等离子刻蚀出通孔，通孔直径为20～30μm；

(4)在硅片上和通孔中淀积钛电极，作为ZnO纳米线阵列的下电极，钛电极厚度为5～10nm，长为2～2.5mm，宽为0.4～0.5mm；

(5)在钛电极上表面溅射淀积金层，作为ZnO纳米线阵列的催化层，金层的厚度为20～50nm，长为2～2.5mm，宽为0.4～0.5mm；

(6)在金层上，用含有锌离子的碱性溶液作为反应溶液，在100℃下保温反应4小时，促使ZnO纳米线阵列的生长，然后将剩余的金层蒸发，得到ZnO纳米线阵列，其长为0.5～5μm，直径为200～500nm，并在完成生长后使用丙酮清洗烘干；

(7)在ZnO纳米线生长成阵列后，利用注塑工艺将PMDS注入将ZnO纳米线阵列包裹；

(8)利用氧离子刻蚀将步骤(7)中注入的PDMS的顶端部分去除，将ZnO纳米线阵列的顶端暴露出来，底端ZnO纳米线仍包裹在PDMS中；

(9)利用等离子刻蚀将两端的氮化硅去除，即得到ZnO纳米线压电元件；

制备C型杯弹性元件的步骤：

(1)使用HF溶液清洗双面抛光的SOI硅片，并将清洗后的SOI硅片置于等离子处理系统中进行表面处理，等离子体处理的时间为5～20分钟，处理温度20～300℃，处理完后进行烘干；

(2)双面淀积氮化硅；

(3)在SOI硅片正面光刻，刻蚀去掉正面中间区域的氮化硅；

(4)采用氢氧化钾各向异性刻蚀单晶硅，并腐蚀至二氧化硅埋层停止，制作出有效硅膜，C型杯的内部能够容纳ZnO纳米线压电元件的ZnO纳米线阵列；

(5)用等离子刻蚀技术刻蚀位于背面的氮化硅；

(6)利用硅通孔技术，在硅片上利用等离子刻蚀出通孔，通孔直径为20～30μm；

(7)在硅片上和通孔中淀积铂电极，作为ZnO纳米线阵列的上电极，铂电极厚度为5～10nm，长为3～3.5mm，宽为0.4～0.5mm；制作完成后即得C型杯弹性元件；

将ZnO纳米线压电元件和C型杯弹性元件结合的步骤：

(1)将制作完成的ZnO纳米线压电元件和C型杯弹性元件，在硅基座和ZnO纳米线压电元件两侧进行硅-硅低温键合，在80～180℃的环境中干燥3～5小时即得基于ZnO纳米线阵列的压力传感器芯片。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将得到的基于ZnO纳米线阵列的压力传感器芯片划片得到基于ZnO纳米线阵列的压力传感器的单个管芯。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含有锌离子的碱性溶液为醋酸锌和六亚甲基四氨的水溶液或硝酸锌和六亚甲基四氨的水溶液。

4.一种基于ZnO纳米线的压力传感器芯片，其特征在于：包括由括硅基座(1)、有效硅膜(2)、铂电极(3)和上通孔电极(4)组成的C型杯弹性元件和ZnO纳米线阵列(5)、PDMS(6)、钛电极(7)和下通孔电极(8)组成的ZnO纳米线压电元件；其中硅基座(1)由上层单晶硅(11)腐蚀而成；有效硅膜(2)由二氧化硅埋层(12)和下层单晶硅(13)组成，下层单晶硅(13)位于二氧化硅埋层(12)上方；铂电极(3)在于C型杯的内部，位于有效硅膜(2)的下表面；上通孔电极(4)与铂电极(3)连接，通过通孔结构连接外部电路；ZnO纳米线阵列(5)通过金层催化，生长于钛电极(7)之上，顶端部分与铂电极(3)形成肖特基接触，底端部分包裹在PDMS(6)中；钛电极(7)位于硅片(9)之上、ZnO纳米线阵列(5)之下；下通孔电极(8)与钛电极(7)连接，通过通孔结构连接外部电路。

5.如权利要求4所述的基于ZnO纳米线的压力传感器芯片，其特征在于：钛电极厚度为5～10nm；ZnO纳米线阵列为n型ZnO纳米线阵列，长为0.5～5μm，直径为200～500nm；铂电极厚度为5～10nm。

6.如权利要求4所述的基于ZnO纳米线的压力传感器芯片，其特征在于：上通孔电极位于铂电极之上为外界提供连接通道，通孔直径为20～30μm；下通孔电极位于钛电极之下为外界提供连接通道，通孔直径为20～30μm。