[发明专利]一种双重应力集中结构微压传感器芯体及制备方法

权利要求书

1.一种双重应力集中结构微压传感器芯体，包括基底，以及基底中部设有的膜片，其特征在于：所述膜片上表面周向均匀设置有两段以上的不连续的沟槽，相邻沟槽端部之间形成肋板，所述肋板在所述膜片上表面对称设置；所述肋板的应力集中处设置有压敏电阻条，通过金属引线将所述压敏电阻条连接成惠斯通电桥；所述膜片下表面形成有凸起的刚性结构，所述刚性结构的中心通过所述芯体背面的中心处，以降低膜片中心的位移；所述刚性结构的外端面与所述沟槽的内沿重合且与所述基底不相连，以便于当压力作用在所述膜片时，在所述压敏电阻条所在位置处形成双应力集中。

2.如权利要求1所述的双重应力集中结构微压传感器芯体，其特征在于，所述刚性结构的宽度与所述肋板的宽度相同，且所述刚性结构的端面与基底之间的距离等于所述沟槽的宽度。

3.如权利要求1所述的双重应力集中结构微压传感器芯体，其特征在于，所述不连续的沟槽为四段，每段沟槽呈90°弯折，在所述膜片上表面周向均匀设置；所述肋板为四个，在所述膜片上表面对称设置；所述刚性结构为十字梁，所述十字梁的中心位于所述芯体背面的中心；所述十字梁的宽度与所述肋板的宽度相同；所述十字梁的端面与所述沟槽的内沿重合，且所述十字梁的端面与所述基底之间的距离等于所述沟槽的宽度。

4.如权利要求3所述的双重应力集中结构微压传感器芯体，其特征在于，十字梁的四个梁沿薄膜下部边缘均匀分布，且与基底不相连。

5.如权利要求4所述的双重应力集中结构微压传感器芯体，其特征在于，所述沟槽刻蚀在在所述膜片正面，所述十字梁刻蚀在所述膜片背面。

6.如权利要求4所述的双重应力集中结构微压传感器芯体，其特征在于，所述压敏电阻条包括第一压敏电阻条、第二压敏电阻条、第三压敏电阻条、第四压敏电阻条，其分别按应力分布规律均匀布置在所述四个肋板上，且第一压敏电阻条、第二压敏电阻条、第三压敏电阻条、第四压敏电阻条的有效长度方向沿着压阻系数最大的晶向；金属引线将第一压敏电阻条、第二压敏电阻条、第三压敏电阻条、第四压敏电阻条相互连接成惠斯通电桥。

7.如权利要求4所述的双重应力集中结构微压传感器芯体，其特征在于，所述膜片厚度为30μm，所述沟槽宽度为80μm，所述沟槽深度为10μm，所述肋板长度为200μm，所述十字梁厚度为35μm，所述十字梁宽度与肋板长度相同，均为200μm，所述十字梁端面与基底的距离等同于沟槽宽度，均为80μm。

8.一种制备如权利要求1所述的双重应力集中结构微压传感器芯体的方法，其特征在于：包括以下步骤：

a)选用SOI硅片作为芯体材料，所述SOI硅片从上到下分为单层Si、中间层SiO2和基底Si；硫酸和过氧化氢溶液清洗硅片表面后，将其置于1000℃高温炉中，时间为30min，形成300±20nm SiO2绝缘层；

b)通过离子注入工艺，制备压敏电阻条，离子注入浓度为4.86′1014atoms/cm2，离子注入能量为70keV，经1000℃、30min退火后，压敏电阻(2)方阻阻值为210±10Ω/Sq；

c)利用低压力化学气相沉积工艺，在硅片正反面沉积200±20nm Si3N4保护层；

d)制备惠斯通电桥，在硅片正面测控溅射Cr-Au层，之后通过光刻工艺制备金属导线并同时制备焊盘，Cr层厚度为50nm，Au层厚度为200nm；

e)利用正面刻蚀版，对上层单晶硅进行光刻，然后采用刻蚀工艺制备所述沟槽，刻蚀速率为1.8μm/min，刻蚀时间为5min；

f)硅片背面采用刻蚀工艺制备所述刚性结构；

g)利用真空键合工艺，将硅片基底与BF33玻璃进行真空键合，形成密封真空腔体。

9.如权利要求8所述的双重应力集中结构微压传感器芯体的制备方法，其特征在于，所述步骤e)中采用刻蚀工艺制备所述沟槽，进一步包括，采用反应离子刻蚀RIE制备所述沟槽；所述步骤f)中硅片背面采用刻蚀工艺制备所述刚性结构进一步包括，采用深硅刻蚀DRIE工艺刻蚀制备所述刚性结构。

10.如权利要求9所述的双重应力集中结构微压传感器芯体的制备方法，其特征在于，所述刚性结构为十字梁结构，所述步骤f),进一步包括：第一步，利用第一张掩膜版刻蚀十字梁结构，刻蚀深度为35μm；第二步，利用另一张掩膜版，深刻蚀敏感膜片应变腔体，刻蚀深度为300μm。