[发明专利]高性能柔性触力传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种高性能柔性触力传感器，其特征在于，采用微机电系统硅基压阻式触力传感器作为传感单元，所述传感单元之间采用由聚合物填充的柔性隔离槽实现柔性连接。

2.如权利要求1所述的高性能柔性触力传感器，其特征在于，所述微机电系统硅基压阻式触力传感器包括硅应变结构、压敏电阻、重掺杂接触区、金属引线；所述硅应变结构为硅衬底经过正面或背面刻蚀形成的对触力敏感的硅膜；所述压敏电阻在硅应变结构上的触力敏感区域成对称分布；所述重掺杂接触区分布在压敏电阻的两端；所述金属引线与所述重掺杂接触区在硅衬底正面形成欧姆接触。

3.如权利要求2所述的高性能柔性触力传感器，其特征在于，所述硅应变结构包括弹性悬臂梁、外围的支撑架和内部的悬浮硅块，所述弹性悬臂梁连接所述支撑架和所述悬浮硅块；所述压敏电阻位于所述弹性悬臂梁上并连接成惠斯通电桥；在施加压力时所述悬浮硅块的移动带动所述弹性悬臂梁产生形变，通过所述惠斯通电桥实现电学信号的输出。

4.如权利要求3所述的高性能柔性触力传感器，其特征在于，所述硅应变结构为中心对称结构，所述悬浮硅块和所述支撑架均为正方形，所述悬浮硅块位于所述微机电系统硅基压阻式触力传感器的中心，所述弹性悬臂梁分布在所述悬浮硅块的四周；每个所述弹性悬臂梁上分布两个压敏电阻。

5.如权利要求3或4所述的高性能柔性触力传感器，其特征在于，所述弹性悬臂梁、所述支撑架和所述悬浮硅块的厚度大小为：支撑架＞悬浮硅块≥弹性悬臂梁。

6.如权利要求1所述的高性能柔性触力传感器，其特征在于，所述聚合物为包括聚对二甲苯在内的任意能够化学气相沉积的柔性材料。

7.如权利要求1所述的高性能柔性触力传感器，其特征在于，所述柔性隔离槽为以相同的间隔均匀分布于传感单元之间的由所述聚合物填充的高深宽比隔离槽；对硅衬底进行深刻蚀至释放所有隔离槽之间的残余硅，并淀积所述聚合物以实现传感单元之间的全聚合物柔性连接。

8.如权利要求1所述的高性能柔性触力传感器，其特征在于，所述柔性连接能够实现刚性的所述传感单元之间的柔性互连和表面平面化功能。

9.一种权利要求1所述的高性能柔性触力传感器的制备方法，其步骤包括：

对硅衬底正面进行离子注入制作压敏电阻和重掺杂接触区；

对硅衬底正面进行光刻，通过深刻蚀方式形成隔离槽，并淀积一定厚度的聚合物以填充所述隔离槽形成柔性连接结构；

对硅衬底正面进行光刻，通过氧等离子体刻蚀淀积的聚合物，在重掺杂接触区与对应的引线之间形成互连窗口；

对硅衬底正面进行溅射种子层和光刻，由电镀金属制备相应的所述重掺杂接触区对应的互连金属引线，去除光刻胶和种子层后获得传感单元内部和传感单元之间的电学互连；

对硅衬底正面淀积一定厚度的聚合物作为电隔离保护，进行光刻并通过氧等离子体刻蚀所述淀积的聚合物以获得引线电极与外界的引线接口；

对硅衬底背面进行光刻，刻蚀所述微机电系统硅基压阻式触力传感器和所述柔性连接结构所需的图形，形成高性能柔性触力传感阵列。

10.如权利要求9所述的高性能柔性触力传感器的制备方法，其特征在于，所述对硅衬底背面进行光刻包括：通过深刻蚀暴露出所述淀积的聚合物所填充的柔性隔离槽并释放所述柔性隔离槽中的所有残余硅，同时刻蚀出所述微机电系统硅基压阻式触力传感器的硅应变结构，再淀积一定厚度的所述聚合物以填充所述柔性隔离槽的剩余空间，形成传感单元之间的全聚合物连接和传感阵列的完整的柔性裹覆。