[发明专利]一种EFPI光纤压力传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种EFPI光纤压力传感器及其制作方法，具体涉及一种采用MEMS工艺制作的硅玻基EFPI光纤压力传感器及其制作方法，属于光纤压力传感器技术领域。

技术背景

非本征型法珀干涉(extrinsic Fabry-Perot interferometer，EFPI)光纤传感器因其灵敏度高、体积小、结构简单且设计灵活，而被开发成各种传感器以适应不同的应用领域。典型的EFPI传感器结构由一个腔组成，即由一根入射光纤和一根出射光纤组成，当然形成F-P腔的两个反射面可以是任何光学元件的表面，因此，为了满足压力测量需求，基于薄膜结构的EFPI光纤压力传感器更为适合。EFPI光纤压力传感器制作工艺有多种类型，其中微机电系统(MEMS)器件适合大规模集成化生产，可大大降低传感器的生产成本，因此，国内外开展了很多基于MEMS工艺技术的EFPI光纤压力传感器的研究。

授权公告号CN102721492B、授权公告号CN102384809B的专利提供了一种传感器结构是一片带通孔的双面抛光的玻璃晶圆片通过两次键合工艺分别与两片单晶硅键合形成法珀微腔结构；授权公告号CN102721492B、申请专利号201510401629.1、授权公告号CN102607761B的专利提供了一种传感器结构是将双面抛光的玻璃晶圆片上腐蚀形成圆形浅坑，然后与单晶硅键合形成法珀微腔结构。

综上所述，根据EFPI光纤传感原理，构成其法珀微腔的两个反射面的平行度以及粗糙度是影响传感器性能的关键参数。两片双面抛光的单晶硅片与一片带通孔的玻璃晶圆片通过两次键合形成法珀微腔结构的方法，其微腔结构的两个反射面为经过抛光处理的单晶硅片表面，虽然保证的两个反射面的平行度以及粗糙度，但两次键合增加了制造工艺的难度及复杂性；单晶硅片与带腐蚀形成盲孔的玻璃晶圆片通过一次键合形成法珀微腔结构的方法，其微腔结构的两个反射面为经过抛光处理的单晶硅片表面和盲孔的底面，虽然一次键合工艺简单，但玻璃晶圆片上腐蚀形成的盲孔底部为碗状，无法保证与另一个反射面的平行度，同时腐蚀形成的表面粗糙度差，从而影响到传感光信号的质量。

发明内容

本发明的目的是提供了一种硅玻基EFPI光纤压力传感器及其制作方法，该方法在基于MEMS工艺的光纤压力传感器制作过程中，简化MEMS工艺复杂性；且该方法制备出的传感器能够保证构成法珀微腔的两个反射面的平行度好、粗糙度等级高。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种EFPI光纤压力传感器，包括：压力敏感结构、圆柱形中空管和传输光纤；压力敏感结构底部与圆柱形中空管同轴固连，传输光纤穿入圆柱形中空管至压力敏感结构底部，并与圆柱形中空管封装固连，所述的压力敏感结构为两层结构，包括：压力敏感结构上层单元和压力敏感结构下层单元；

压力敏感结构上层单元采用单晶硅晶圆片加工，单晶硅晶圆片双面抛光，在其下表面加工盲孔，盲孔与单晶硅晶圆片同心，该盲孔即为法珀微腔，盲孔的深度即为法珀微腔的腔长，盲孔的底部表面为法珀微腔的第二个反射面；

压力敏感结构下层单元采用玻璃晶圆片加工，玻璃晶圆片双面抛光，玻璃晶圆片的上表面为法珀微腔的第一个反射面。

本发明所示的一种EFPI光纤压力传感器，还可以在单晶硅晶圆片的下表面镀反射率为4％的玻璃反射膜，提高传感器返回干涉信号的对比度，便于解调仪表信号解调。

本发明所示的一种EFPI光纤压力传感器制作方法，：该方法包括以下步骤：

1)制作压力敏感结构

a)选取原表面平整度满足光学干涉原理要求的双抛玻璃晶圆片和单晶硅晶圆片，并进行标准清洗；

b)在单晶硅晶圆片下表面加工盲孔阵列，盲孔底部至单晶硅晶圆片上表面结构的作用是感压弹性膜片，该盲孔即为法珀微腔，盲孔的深度即为法珀微腔的腔长，盲孔的底部表面为法珀微腔的第二个反射面；

c)采用阳极键合将单晶硅晶圆片的下表面和玻璃晶圆片上表面键合到一起，至此，完成了法珀微腔的制作：玻璃晶圆片上表面为法珀微腔的第一个反射面，单晶硅晶圆片上盲孔底部表面为法珀微腔的第二个反射面，盲孔的深度为法珀微腔的腔长；

d)将单晶硅晶圆片的上表面进行减薄，并做打毛处理使该表面具有漫反射效果，该表面至盲孔底部表面的厚度即为感压弹性膜片的膜厚。至此，完成压力敏感结构阵列晶圆片；

e)采用划片机将压力敏感结构阵列晶圆片进行划片，得到单个压力敏感结构单元。