[发明专利]一种基于纳米复合材料的自驱动、自感知悬臂梁传感器

权利要求书

1.一种基于纳米复合材料的自驱动、自感知悬臂梁传感器，其特征在于：包括中二氧化硅层，中二氧化硅层下端面的一侧铺有下单晶硅层，下单晶硅层截面为上宽下窄的梯形，下单晶硅层的下端面铺有下二氧化硅保护层，中二氧化硅层上端面铺有U型的PZT下驱动电极层， PZT下驱动电极层的U型开口侧与下单晶硅层所在侧相同，PZT下驱动电极层的U型开口一侧端部设置有PZT下层驱动电极金属引线，PZT下驱动电极层的上端面铺有与其形状相对应的PZT层，PZT层上端面铺有与其形状相对应的PZT上驱动电极层，PZT上驱动电极层的U型开口与PZT下层驱动电极金属引线相同侧端部设置有PZT上层驱动电极金属引线，PZT下驱动电极层、PZT层和PZT上驱动电极层封闭端对齐形成U型结构，中二氧化硅层上端面与U型结构三面包围的空间铺有上单晶硅层，上单晶硅层上端面铺有上二氧化硅保护层，在中二氧化硅层上端面和上单晶硅层内设有压阻感知层，压阻感知层的上端面设置有检测电桥电阻和压阻感知层金属引线，检测电桥电阻的高度与上二氧化硅保护层上表面齐平，压阻感知层金属引线的高度高于上二氧化硅保护层的上表面，在中二氧化硅层上端面U型结构封闭侧的外侧铺有下层多晶硅纳米膜，下层多晶硅纳米膜上端面铺有二氧化硅纳米膜，二氧化硅纳米膜上端面铺有上层多晶硅纳米膜。

2.根据权利要求1所述基于纳米复合材料的自驱动、自感知悬臂梁传感器，其特征在于：所述检测电桥电阻的数量为4个，2*2阵列，构成检测电桥。

3.根据权利要求1所述基于纳米复合材料的自驱动、自感知悬臂梁传感器，其特征在于：所述压阻感知层金属引线的数量为2个。

4.根据权利要求1所述基于纳米复合材料的自驱动、自感知悬臂梁传感器，其特征在于：所述PZT上驱动电极层位于U型结构开口两侧的部分，其长度短于PZT层位于U型结构开口两侧的部分。

5.根据权利要求4所述基于纳米复合材料的自驱动、自感知悬臂梁传感器，其特征在于：所述PZT层位于U型结构开口两侧的部分，其长度短于PZT下驱动电极层位于U型结构开口两侧的部分。

6.一种如权利要求1所述基于纳米复合材料的自驱动、自感知悬臂梁传感器的制造方法，其特征在于：

1）.采用化学机械抛光、电化学减薄或等离子抛光方法，将SOI基底材料的上单晶硅层减薄到所需厚度；

2）.采用热氧化技术在SOI的上单晶硅层表面形成上二氧化硅保护层和下二氧化硅保护层，或只在上表面形成上二氧化硅保护层；

3）.刻蚀带有上二氧化硅保护层的SOI材料，形成U型槽微结构；

4）.采用离子注入结合热处理工艺形成带有检测电桥电阻的压阻感知层；

5）.采用光刻和溅射工艺制备用于检测信号提取的压阻感知层金属引线；

6）.在U型槽结构上采用光刻和溅射工艺制备PZT下驱动电极层；

7）.采用“溶胶-凝胶”工艺在PZT下驱动电极层上制备PZT层；

8）.重复步骤（6）制备PZT上驱动电极层；

9）.重复步骤（5）制备PZT上驱动电极层、PZT下驱动电极层、PZT上层驱动电极金属引线和PZT下层驱动电极金属引线；

10）.采用LPCVD工艺结合热氧化技术制备由纳米多晶硅和二氧化硅构成的纳米复合材料敏感弹性层；

11）.光刻和刻蚀SOI的下单晶硅层，形成“硅杯”结构，释放悬臂梁。