[发明专利]悬臂梁结构的微型电场传感器的制备工艺流程

说明书

一种悬臂梁结构的微型电场传感器的制备工艺流程，依次进行一下步骤：蚀硅衬底材料形成对准标记，加热硅片，沉积压电薄膜PZT，图形化刻蚀，释放硅片欧姆接触区，蒸发金属电极，刻蚀悬臂梁，对硅片底部实施减薄工艺，图形化刻蚀减薄后的硅片底部，键合底座，对加工后的晶片进行划片。其有益效果是：保障了传感器件的稳定性和耐久性。

技术领域

本发明涉及半导体工艺传感器加工领域，特别是一种悬臂梁结构的微型电场传感器的制备工艺流程。

背景技术

为了实现智能电网在复杂发用电环境下运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好目标，开发先进的传感和量测技术，构建系统信息采集网络拓扑，为控制决策提供信息支撑是重要的实现基础。满足智能电网要求的实时监测传感测量技术应满足以下要求：一、微型化、易集成、低成本。系统信息参数的监测要求全覆盖，一方面是空间布局全覆盖，即构建电力系统信息采集网络拓扑，在电力系统各个节点密集安装传感测量装置，另一方面是信息参数全覆盖，即除了电压电流等最基本的电气量采集，还需要位移、气压、温度、湿度等外部量的获取，为电力系统运行状况评估提供更多可参考的特征因素。二、宽频宽幅、性能稳定、易于维护。电力系统运行环境复杂恶劣，系统的正常运行及极端状态运行时传感测量装置需要耐受强磁场、高场强及性能稳定性威胁。

电网中电压、电流等基本电气量的测量，目前主要应用电子式或电磁式互感器，适用于高幅值及工频交流信号的测量，对直流、暂态以及高次谐波等信号无法测量；另外，互感器体积大、成本高、安装难度大，无法实现对电网信息广域监测的全覆盖。相比之下，基于光电效应的非接触式电场传感器分辨率高、动态范围广，适用于交流稳态及快速过暂态的宽频域范围测量；然而，基于光电效应的电场传感器目前处于推广试验运行阶段，温度稳定性问题仍是测量精度最大的挑战，基于原理本身需求的高质量光源以及无法实现的微型化，不利于光电传感器的广泛应用与开展。

随着基础材料的不断发展，新型功能材料在电气量的感知与测量方面表现出相当可观的性能参数，如压电材料。压电晶体或压电薄膜在一定电压范围内的高灵敏度线性压电效应使其具有作为传感器感应材料的基础。基于此，本发明提出了具有悬臂梁结构的高灵敏度高场强微型电场传感器。该具有悬臂梁结构的微型电场传感器的结构如图1所示，其中1是离子掺杂区，2是压电薄膜，3是半导体材料，4是固定件，5是底座。其原理为利用压电材料显著的压电效应在水平方向产生应力形变，该形变耦合到半导体薄膜上，薄膜具有压阻效应的掺杂区域的电阻值发生改变，通过测量薄膜掺杂区域电阻的变化来实现电场强度的测量。

发明内容

本发明的目的为：

提供一种标准的制备工艺，针对特定的材料提供独特的加工方式，保证材料在性能参数的最优性与稳定性。

为了实现上述发明目的，设计思路为：

目前在微型传感器的工艺上，企业及学术界都在展开研究，如基于振动式的MEMS电场传感器的工艺上就有学者提出表面加工平行振动式电场传感器工艺流程和体加工平行振动式电场传感器工艺流程，两者都在加工上最大程度地利用了传感材料的性能参数，提高了传感器件的稳定性。因此设计传感器件的制备工艺是为特定结构的传感器提供完美的制备方案

基于上述设计思路，设计了一种悬臂梁结构的微型电场传感器的制备工艺流程。具体设计方案为：

一种悬臂梁结构的微型电场传感器的制备工艺流程，依次进行下述步骤：

蚀硅衬底材料形成对准标记，

加热硅片形成表面氧化硅层以形成硅晶格保护层，

在图形化掺杂并激活的硅片表面通过溶胶凝胶法沉积压电薄膜PZT，

对PZT薄膜及种子层Pt进行图形化刻蚀，

利用ICP/RIE刻蚀工艺释放硅片欧姆接触区域的表面二氧化硅层，

蒸发金属电极，