[发明专利]一种真空封装的石墨烯谐振式光纤压力传感器及其制作方法

权利要求书

1.一种真空封装的石墨烯谐振式光纤压力传感器的制作方法，其特征在于：

所述真空封装的石墨烯谐振式光纤压力传感器包括：硅压力敏感单元(1)、石墨烯膜(2)、夹持件(3)、玻璃封盖(4)、插芯(5)以及光纤(6)，所述石墨烯膜(2)被真空封装后作为谐振元件，对悬浮的所述石墨烯膜(2)进行光热激振后，基于法布里-珀罗干涉原理检测所述石墨烯膜(2)的挠度变化；所述硅压力敏感单元(1)的主体为感压硅膜，在所述感压硅膜上表面制作盲孔，根据待测压力范围与压力灵敏度，对所述硅压力敏感单元(1)的所述感压硅膜和所述盲孔的结构尺寸进行设计，所述石墨烯膜(2)通过所述夹持件(3)被周边固支于所述硅膜上表面的所述盲孔上，外部被测压力直接作用于所述感压硅膜使其产生应变，导致位于硅膜上方的所述石墨烯膜(2)发生等效刚度变化，进而石墨烯的谐振频率发生改变，通过解调谐振频率的变化实现压力测量；所述玻璃封盖(4)与所述硅压力敏感单元(1)键合为所述石墨烯膜(2)提供真空环境；所述插芯(5)连接并固定所述光纤(6)与所述玻璃封盖(4)，使光纤出射光通过所述玻璃封盖(4)照射至所述石墨烯膜(2)上；所述石墨烯膜(2)为单层、少层或多层，形状为圆形、方形或双端固支振梁的结构形式；所述夹持件(3)为类金刚石DLC薄膜或光刻胶材料；所述玻璃封盖(4)上表面制作有凹槽，作为所述插芯(5)的对准槽，从而实现所述玻璃封盖(4)与所述硅压力敏感单元(1)的真空键合封装；所述玻璃封盖(4)所使用的玻璃具有高光学透过率以及与硅材料相接近的热膨胀系数；所述玻璃为Pyrex7740玻璃；所述光纤(6)为单模、多模、特种光纤或光纤与光学器件熔接组件；所述光学器件为毛细管；

所述制作方法包括以下步骤：

步骤1.在单晶硅圆片的上表面刻蚀出圆形浅凹槽，并在所述凹槽的中心刻蚀出盲孔以支撑所述石墨烯膜(2)；

步骤2.在单晶硅圆片下表面生长介质层材料后形成介质层，并通过刻蚀工艺形成感压硅膜；

步骤3.采用石墨烯膜转移方法将石墨烯转移至所述单晶硅圆片的上表面，形成悬浮的所述石墨烯膜(2)；

步骤4.在所述石墨烯膜(2)周边制作所述夹持件(3)；所述夹持件(3)用于防止石墨烯与基底之间的滑移，实现石墨烯谐振子的周边夹持；

步骤5.制作所述玻璃封盖(4)，并将所述玻璃封盖(4)与单晶硅圆片真空键合，划片成独立的具有真空封装的谐振子；

步骤6.将光纤(6)穿过所述插芯(5)中心，使光纤端面与插芯端面对齐，并将所述插芯(5)以及所述光纤(6)熔接为一体，再将带有所述光纤(6)的插芯(5)与所述玻璃封盖(4)熔接，使所述插芯(5)嵌入所述玻璃封盖(4)的上表面凹槽。

2.如权利要求1所述的一种真空封装的石墨烯谐振式光纤压力传感器的制作方法，其特征在于所述步骤1中所述盲孔采用干法或湿法刻蚀工艺制作。

3.如权利要求1所述的一种真空封装的石墨烯谐振式光纤压力传感器的制作方法，其特征在于所述步骤2包括：

步骤21，在单晶硅圆片的下表面生长氧化层或氮化层作为介质层；

步骤22，通过光刻工艺刻蚀介质层，在所述介质层表面形成窗口；

步骤23，通过所述窗口对所述单晶硅圆片进行刻蚀，形成感压硅膜。

4.如权利要求1所述的一种真空封装的石墨烯谐振式光纤压力传感器的制作方法，其特征在于所述步骤3中的石墨烯膜转移方法为薄膜干法转移或湿法转移，将石墨烯膜制作于盲孔表面的工艺流程采用的是将石墨烯悬浮转移至硅衬底表面的方法，也可通过微加工工艺将石墨烯衬底刻蚀的方法得到悬浮石墨烯谐振子。

5.如权利要求1所述的一种真空封装的石墨烯谐振式光纤压力传感器的制作方法，其特征在于：所述插芯(5)与所述光纤(6)之间的封装固定方式包括为熔接或胶接。