[发明专利]基于巨压阻特性的硅纳米线压力传感器及其封装结构

权利要求书

1.一种基于巨压阻特性的硅纳米线压力传感器，包括：壳体、传感器芯片，其特征在于：所述传感器芯片包括：硅纳米线巨压阻敏感结构、硅底层、绝缘二氧化硅层、硅顶层，所述硅底层、绝缘二氧化硅层、硅顶层从下至上依次设置，所述硅底层设置有梯形凹槽；所述硅纳米线巨压阻敏感结构设置在硅顶层上，所述硅纳米线巨压阻敏感结构包括多根硅纳米线、受力应变薄膜层、多块电极，所述电极设置为四块，四块电极呈正方形分布，所述受力应变薄膜层设置在四块电极中心位置；所述多根硅纳米线包括四对平行设置的两根硅纳米线，所述四对平行设置的两根硅纳米线分别连接在四块电极与受力应变薄膜层之间；所述壳体包括塑料外壳、塑料底盖、导压管，所述塑料外壳底部设置有塑料底盖，塑料外壳顶部设置有导压管，所述导压管底部设置有导压底口、导压底口底部与传感器芯片的硅底层相连接，所述塑料外壳内壁设置有支撑框架，所述传感器芯片的硅顶层与支撑框架相接触，所述支撑框架上设置有金属引线，所述塑料底盖上设置有焊盘，所述传感器芯片的电极、金属引线、焊盘通过引线依次连接；所述硅底层的梯形凹槽内设置有软硅胶，用于隔绝与外界环境的接触；

还包括偏置电压、偏置电极，所述偏置电极设置在硅底层末端面，所述偏置电极与壳体外的偏置电压相连接；

还包括玻璃晶圆片，玻璃晶圆片设置有空腔，所述空腔设置在受力应变薄膜层与硅纳米线上方，起到密封、保护作用；

所述硅纳米线在绝缘二氧化硅层对应位置处设置有通槽，用于加强硅纳米线对压力变化的感应灵敏度；

所述硅纳米线利用等离子体Ba和Hf进行表面修饰；

所述硅顶层采用掺杂硼离子的硅材质。

2.一种如权利要求1所述的基于巨压阻特性的硅纳米线压力传感器的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：选用P型111晶向的SOI硅芯片作为传感器芯片制备的材质,硅底层厚度为350-850nm，绝缘二氧化硅层厚度为100-200nm，硅顶层厚度为50-150nm；

步骤二：分别用硫酸与双氧水混合溶液和去离子DI水各冲洗SOI硅片7-13分钟；

步骤三：在SOI硅芯片的硅顶层以倾斜角度5-9°，20keV能量注入1016Dose/cm3剂量的硼离子，时间为12分钟，然后放置于高温退火炉中20-40秒以使硼离子均匀分布；

步骤四：正方形硅受力应变薄膜层，硅纳米线，电极图形曝光于EL-13%正电子束光刻胶，接着在SF6/N2环境下，通过ICP干法刻蚀；

步骤五：浸泡在49%HF溶液1-2分钟去除TEOS，并通过363KTMAH湿法腐蚀SOI硅芯片硅底层，腐蚀出梯形凹槽；

步骤六：TEOS沉积于硅纳米线的周围以保护硅纳米线，并在CF4/Ar以硅纳米线图案ICP干法刻蚀位于SOI硅芯片中间的绝缘二氧化硅层；

步骤七：以温度400-450℃，时间为30-50分钟溅射铝作为硅纳米线的电极引出端电极；

步骤八：旋涂光刻胶，光刻后保留电极区域的光刻胶，有效防止后续释放硅纳米线对电极的腐蚀；

步骤九：利用Buffered Oxide Etcher，BOE溶液释放硅纳米线，最后利用超临界干燥仪干燥得到释放的纵横向双根对称硅纳米线结构；

步骤十：利用等离子体Ba和Hf间隔20-40分钟先后对硅纳米线表面进行两次注入轰击，使得硅纳米线表面形成粗糙度的缺陷以及带电荷的杂质，调制生成表面态；

步骤十一：利用光刻、刻蚀与剥离工艺在SOI硅芯片硅底层做下偏置电极，用于施加偏置电压耗尽硅纳米线导电沟道，形成部分区域夹断，可有利于充分实现硅纳米线巨压阻特性；

步骤十二：划片，封装，完成基于巨压阻特性的硅纳米线压力传感器的制作。