[发明专利]基于压电压阻式宽频高场强微型电场传感器的生产工艺

说明书

一种基于压电压阻式宽频高场强微型电场传感器的生产工艺，包括硅基晶片加工步骤、玻璃加工步骤、组合装配步骤。其有益效果是：采用微加工技术，可以实现电场传感器的小体积复杂结构，进而减小传感器本身对外电场的畸变影响；本发明对于传感器不同界面采用不同键合方式，对于不同结构采用针对性的微加工工艺，对于不同加工步骤采用可兼容的加工流程，有利于提高传感器的可靠性与实用性。

技术领域

本发明涉及传感器微加工领域，特别是一种横向-纵向模态的基于压电压阻耦合效应的宽频高场强电场传感器的微加工生产工艺。

背景技术

近些年来，电力系统输电线及电气设备对电压的实时监测提出了广泛需求。传统型式的电压互感器体积大、成本高，无法满足广域范围内传感器节点密布的需求，使得电力网络内广域数据的获取受到阻碍。相比之下，集成化电场传感器为非接触式电压测量器件，具有体积小、成本低、精度高等优点，同时可以避免电力系统一二次系统的耦合。目前的集成化电场传感器主要采用光电效应、压电效应、电磁感应等原理。

压电材料具有温度稳定性高、电场响应范围广等特点，结合半导体压阻材料的高灵敏度线性I-V特性，将其应用于电场传感器件中不仅能减小体积、降低成本，且具有高灵敏度、宽测量频带及高电场幅值等优点，适用于各种气候环境及稳态、故障电场环境。由于这一压电压阻耦合的原理设计适用于稳态交直流电场、暂态电场等多种形态的电场环境，因此除了电力系统，该电场传感器也适用于军事雷达、工业生产及家用电器等多种场合，成为监测环境中电场电压数据的重要来源。

本发明针对T-L模态的基于压电压阻耦合原理的电场传感器进行工艺设计。该压电压阻式T-L模态电场传感器的结构，包括块状压电材料，离子掺杂区，半导体薄膜，中间夹层，空腔，衬底。

该传感结构相对复杂，存在薄膜与块状体特殊界面耦合问题、压电材料极化问题、工艺不兼容问题等，在器件体积小、精度高、结构稳定的要求下，一般的加工工艺流程无法满足，所以需要利用微加工工艺，设计专门的加工流程对器件进行加工。

发明内容

本发明的目的是：提供一种压电压阻式T-L模态电场传感器的加工方法，即采用微加工工艺，利用绝缘体上硅(SOI)、玻璃等材料加工成为电场传感器，提供一种工艺可靠、简单的压电压阻式T-L模态电场传感器的加工工艺流程。工艺采用了微加工技术中光刻、腐蚀、沉积等多种技术，将不同技术的优点相结合，适合于加工有复杂结构的微型器件。

为了实现上述发明目的，设计了一种基于压电压阻式宽频高场强微型电场传感器的生产工艺。具体设计方案为：

一种基于压电压阻式宽频高场强微型电场传感器的生产工艺，包括硅基晶片加工步骤、玻璃加工步骤、组合装配步骤，

所述硅基晶片加工步骤中，包括刻蚀对准标记步骤、离子注入及激活步骤、腐蚀体硅步骤、释放欧姆接触区及薄膜表面步骤、蒸发电极步骤、暴露打线区域步骤，

所述玻璃加工步骤中，包括玻璃刻槽步骤、玻璃蒸发电极步骤、打线区域加厚步骤、玻璃穿孔步骤，

所述组合装配步骤包括阳极键合步骤、装配步骤、打线步骤。

所述硅基晶片加工步骤中，

刻蚀对准标记步骤中：利用光刻技术在硅基材料表面刻蚀对准标记；

离子注入及激活步骤中：一定温度及气分环境下，选定合适的掺杂能量及掺杂剂量，使掺杂离子(如P型掺杂离子B+)轰击SOI器件硅实现半导体硅薄膜图形化的压阻部分掺杂，然后经过高温退火以激活离子掺杂区；

腐蚀体硅步骤中：以二氧化硅作硬掩模湿法腐蚀体硅，暴露部分埋氧层，形成可自由振动的薄膜区域；

释放欧姆接触区及薄膜表面步骤中：刻蚀器件硅表面氧化硅，暴露出压阻掺杂欧姆接触区域以及自由振动薄膜区域；