[发明专利]一种压敏结构柔性压力传感器的制备方法

说明书

本发明公开了一种压敏结构柔性压力传感器的制备方法，包括：S1、准备硅片衬底，并在其表面沉积绝缘介质层或金属层以形成掩蔽层；S2、通过光刻的方式对掩蔽层图形化，形成压力敏感结构图形，对硅片衬底腐蚀和刻蚀，通过湿法腐蚀去掉表面的掩蔽层；S3、对硅片衬底表面疏水化处理，之后用压敏材料填充沟槽结构，固化；S4、将压敏材料与硅片衬底分离，并在压敏材料表面形成金属层，得到压敏稀疏层；S5、将一个压敏稀疏层/或将多个压敏稀疏层组合/或将至少一个压敏稀疏层与至少一个压敏致密层组合后与传感器电极连接，得到柔性压力传感器,具有良好的柔性和较大形变，灵敏度提高了2倍以上，可在复杂的环境中使用而不影响其检测性能。

技术领域

本发明属于压力传感器技术领域，具体而言，涉及一种压敏结构柔性压力传感器的制备方法。

背景技术

近年来，压阻式压力传感器是指利用半导体材料的压阻效应制成，所谓“压阻效应”是指传感材料比如半导体、金属或复合材料在外部应力(弯曲、压缩、拉伸等)的影响下，能带结构或者导电网络发生了变化，使传感材料的电阻率发生变化的现象，因此可以通过阻值的变化来测得压力的传感器。

传统的刚性传感器是基于硅基材料和结构，具有尺寸小、灵敏度高等特点，然而该类传感器为硬质非柔性的，导致形变小，存在量程小、受温度影响大等问题，对于此类传感器，需要进一步提高其灵敏度和线性度。

随着智能化信息时代的发展，人们对智能终端的需求也越来越多，相对于传统的刚性传感器，柔性压力传感器由于刚度小，变形大等特点可以适用于多种复杂的工作环境中，各行各业对柔性智能压力传感器的性能要求与日俱增。将柔性压力传感器集成在可穿戴电子设备或做为电子皮肤直接贴在人体表面可以进行人体运动姿态的有效测量，结合远程信息传输和及时通讯的功能，未来可能实现远程的医疗诊断、健康监测及预防跌倒报警等功能。因此研发一种柔性好，灵敏性高，响应性好的柔性压阻式压力传感器具有重要的意义。

发明内容

本发明旨在提供一种压敏结构柔性压力传感器的制备方法，该方法制备出了柔性好、灵敏性高且响应性好的柔性压阻式压力传感器，解决了现有MEMS压力传感器均匀性、一致性差和精度低的问题，

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种压敏结构柔性压力传感器的制备方法，包括以下步骤：S1、提供硅片衬底，并在所述硅片衬底表面沉积绝缘介质层或金属层以形成掩蔽层；S2、通过光刻的方式，对所述掩蔽层进行图形化，形成压力敏感结构的图形，并对所述硅片衬底进行腐蚀和刻蚀，并通过湿法腐蚀去掉表面的掩蔽层；S3、对处理后的硅片衬底表面进行疏水化处理，之后采用压敏材料填充沟槽结构，在50～150℃下或紫外线照射下固化；S4、将压敏材料与硅片衬底分离，并在压敏材料的一面或者两面形成金属层，得到压敏稀疏层；S5、将一个压敏稀疏层与传感器电极材料连接；或者将多个所述压敏稀疏层组合后与传感器电极材料连接；或者将至少一个压敏稀疏层与至少一个压敏致密层组合后再与传感器电极材料连接，得到柔性压力传感器。

根据本发明，所述步骤S1中采用热氧化法和低压化学气相沉积法在硅片表面沉积绝缘介质层；所述绝缘介质层为氮化硅、氧化硅、氧化铪、氧化铝或者SU-8光刻胶材料。

根据本发明，所述步骤S1中采用物理气相淀积法在硅片衬底表面沉积金属层；优选采用磁控溅射法或者蒸发法沉积；所述金属层为Pt、Al、Au、Ti、Cr或Ni金属。

根据本发明，所述步骤S2中通过控制腐蚀速度、横向/纵向腐蚀比例，从而得到锥形、圆柱形、倒梯形沟槽形状。优选地，所述步骤S2中采用氮化硅薄膜作掩蔽层，采用RIE、ICP的干法刻蚀或者采用湿法腐蚀对氮化硅进行图形化。

根据本发明，所述步骤S2中采用KOH或TMAH溶液对露出表面的所述硅片衬底进行各向异性腐蚀；所述KOH或TMAH溶液的质量百分比浓度为0.1～30％。

根据本发明，所述步骤S2中采用氢氟酸水溶液对露出表面的所述硅片衬底进行各向异性腐蚀；所述氢氟酸水溶液的质量百分比浓度为0.1～20％。