[发明专利]一种膜片式石墨烯MEMS微压传感器芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种膜片式石墨烯MEMS微压传感器芯片及其制备方法，包括：硅质基底、二氧化硅纳米薄膜、四个石墨烯薄膜电阻、硼玻璃、金属导线和焊盘；硅质基底的正面设置有二氧化硅纳米薄膜，二氧化硅纳米薄膜上设置有焊盘，硅质基底的背面键合有硼玻璃；硅质基底内设置有背腔；在二氧化硅纳米薄膜的应力集中处设置有四个石墨烯薄膜电阻；所述四个石墨烯薄膜电阻通过金属导线与焊盘相连接形成惠斯通全桥检测电路。本发明结构简单，制备方便，各个方向的灵敏度相同，对后端电路设计要求低。

技术领域

本发明属于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)压力传感器芯片技术领域，特别涉及一种膜片式石墨烯MEMS微压传感器芯片及其制备方法。

背景技术

MEMS微压压力传感器由于具有体积小、重量轻、精度高等优点而备受瞩目；其微压测量范围在百帕以内，可用于多种特殊场合，比如医学领域的颅压检测和高空稀薄气压监测等。根据敏感机理不同，可以分为电容式、压阻式、压电式、谐振式和热传导式等。其中，压阻式传感器的设计制造简单，后端电路设计相对简单，便于信号的采集与处理，且对电磁和静电干扰的敏感度低，易维护，因此被广泛应用。

传统的硅基压阻式MEMS微压传感器中，敏感材料与弹性元件都是硅材料，硅的应力应变特性具有各向异性，导致芯片结构尺寸相对较大，限制了进一步推广。另外，传统掺杂硅材料的压阻系数有限，敏感电阻条的形成需要2-3步掺杂，然后再图形化形成，工艺流程复杂，且不利于敏感性能的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种膜片式石墨烯MEMS微压传感器芯片及其制备方法，以解决现存的传统硅基MEMS微压传感器尺寸相对较大，敏感性能有限和工艺复杂的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种膜片式石墨烯MEMS微压传感器芯片，包括：硅质基底、二氧化硅纳米薄膜、四个石墨烯薄膜电阻、硼玻璃、金属导线和焊盘；硅质基底的正面设置有二氧化硅纳米薄膜，二氧化硅纳米薄膜上设置有焊盘，硅质基底的背面键合有硼玻璃；硅质基底内设置有背腔；在二氧化硅纳米薄膜的应力集中处设置有四个石墨烯薄膜电阻；所述四个石墨烯薄膜电阻通过金属导线与焊盘相连接形成惠斯通全桥检测电路。

进一步地，二氧化硅纳米薄膜上有刻蚀加工形成的正方形悬空薄膜；四个石墨烯薄膜电阻分别处于悬空薄膜的应力集中处。

进一步地，所述背腔位于硅质基底的背面和硼玻璃的正面之间。

进一步地，石墨烯薄膜电阻采用化学气相沉积方法制备后转移到二氧化硅纳米薄膜表面，由硬质掩膜为保护层，通过高能氧等离子体刻蚀形成。

进一步地，石墨烯薄膜电阻中石墨烯薄膜膜片的厚度为0.335nm。

进一步地，二氧化硅纳米薄膜的厚度为200nm～500nm。

一种膜片式石墨烯MEMS微压传感器芯片的制备方法，包括以下步骤：

S1，在硅质基底的背面加工出背腔，在硅质基底正面的二氧化硅纳米薄膜上加工形成正方形悬空薄膜；

S2，制备石墨烯，并将制备的石墨烯贴合在二氧化硅纳米薄膜表面；

S3，通过二氧化硅纳米薄膜表面的石墨烯制备出四个石墨烯薄膜电阻，所述四个石墨烯薄膜电阻位于二氧化硅纳米薄膜的应力集中处；

S4，在二氧化硅纳米薄膜的表面制备金属导线和焊盘；通过金属导线和焊盘将四个石墨烯薄膜电阻连接得到惠斯通全桥电路，获得膜片式石墨烯MEMS微压传感器芯片。

进一步地，S2具体包括：