[发明专利]具有串联结构的MEMS压电矢量水听器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有串联结构的MEMS压电矢量水听器，包括：1‑3个传感单元和灌封结构，1‑3个传感单元被相互垂直放置在灌封结构；其中，每个传感单元包括至少两个压电传感芯片、绝缘板和后置放大电路，至少两个压电传感芯片串联焊接并粘贴在绝缘板，绝缘板被粘贴并电连接在后置放大电路。压电传感芯片包括：质量块、压电单元和复合弹性梁，当有惯性力作用时，复合弹性梁产生形变，使与复合弹性梁相连的压电单元产生电荷。本发明采用压电传感芯片串联结构制备MEMS压电矢量水听器，明显提高了灵敏度，且制备工艺简单。

技术领域

本发明涉及传感技术领域，尤其涉及一种具有串联结构的MEMS压电矢量水听器及其制备方法。

背景技术

微矢量水听器相对于传统矢量水听器体积小，能减少对原辐射声场的影响，使检测结果更加准确，并且制造成本低，易实现低频检测。目前的微矢量水听器有电容式和压阻式。压阻式虽然制备工艺较为成熟，但灵敏度较低，而且因有焦耳热，所以热噪声大和温度稳定性差。电容式虽然灵敏度较高，但由于存在微小气隙，在制备和使用过程中易发生粘连而使器件失效，且使用过程中需要偏置电压。压电式微矢量水听器是无源器件，因此其稳定度高、噪音低，系统结构简单。其制备工艺较为简单，灵敏度介于电容式和压阻式之间，还有待于进一步提高，以达到实用化水平。

发明内容

本发明的目的是提供一种能克服现有技术的不足之处，制备工艺简单，且灵敏度高的MEMS压电矢量水听器。

为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种具有串联结构的MEMS压电矢量水听器，包括：1-3个传感单元和灌封结构，1-3个传感单元被相互垂直放置在灌封结构；其中，每个传感单元包括至少两个压电传感芯片、绝缘板和后置放大电路，至少两个压电传感芯片串联焊接并粘贴在绝缘板，绝缘板被粘贴并电连接在后置放大电路。

优选地，压电传感芯片包括：质量块、压电单元和复合弹性梁；其中，当有惯性力作用时，复合弹性梁产生形变，使与复合弹性梁相连的压电单元产生电荷。

优选地，压电传感芯片包括：复合层，该复合层包括绝缘氧化层、SOI硅层和SOI氧化层，复合层设有U形狭缝，被U形狭缝所包围的复合层部分为复合弹性梁。

优选地，压电传感芯片包括：设有回形孔的SOI基底层，回形孔包围的SOI基底层部分为质量块；回形孔外围的SOI基底层支撑与复合弹性梁相连接的复合层部分；质量块在复合弹性梁的下方，压电单元在复合弹性梁的上方；当有惯性力作用时，回形孔外围的SOI基底层与质量块相对运动，导致复合弹性梁产生形变，使与复合弹性梁相连的压电单元产生电荷。

优选地，U形狭缝的开口方向为压电单元所在位置；U形狭缝的宽度为0.1～50μm；压电单元包括：下电极、压电层和上电极。

优选地，压电层为氧化锌压电膜、氮化铝薄膜、锆钛酸铅压电膜、钙钛矿型压电膜或有机压电膜；压电层的厚度为0.01～60μm。

优选地，SOI基底层厚度为100～500μm；SOI氧化层厚度为0.05～5μm；SOI硅层厚度为0.5～50μm；绝缘氧化层厚度为0.01～50μm。

优选地，下电极或上电极为铝、金/铬复合层或者铂/钛复合层，铝厚度为0.01～1μm，铬层或钛层厚度为0.01～0.1μm，金层或铂层厚度为0.05～0.5μm。

优选地，压电传感芯片在绝缘板上的间距为500-2000μm。

优选地，矢量水听器的工作频率范围为10KHZ以下。

另一方面，本发明提供了一种具有串联结构的MEMS压电矢量水听器的制备方法，该方法包括如下步骤：