[发明专利]一种用于水体温盐深检测的集成微纳传感器及其制作方法

说明书

提供一种用于水体中温度、电导率和压力检测的温盐深集成微纳传感器及其制作方法，包括键合在一起的硅基片(1)与玻璃基片(2)，硅基片(1)上分别设置温度传感器(3)、压力传感器和电导率传感器(4)；在压力传感区域对称设置经离子注入掺杂而形成的2个横向导电区域(15)与2个纵向导电区域(16)，经金属导电连接线相连接，使各导电区域的电阻值相同，形成惠斯通电桥，2个横向导电区域(15)与2个纵向导电区域(16)分别作为该惠斯通电桥的四个桥臂，硅基片(1)的键合面在压力传感区的背面形成真空压力槽(5)，形成遇压变形的压力敏感膜(17)，受压变形而产生压阻效应。

技术领域

本发明涉及一种用于水体温盐深检测的集成微纳传感器及其制作方法，属于传感器技术领域，也属于环境保护技术领域。

背景技术

温盐深传感器（Conductivity-Temperature-Depth Sensors,简称CTD传感器）是测量以海洋为主的水体物理特性的重要工具。目前，水体温盐深（CTD）中的温度传感器，广泛采用是热敏电阻或者铂电阻，其易于制作，性能稳定，线性度好。而电导率传感器主要为电极式，通过外加电场感生电流，电流的大小取决于溶液中离子的数量，检测的输出电压与被测介质的电导率成正比。传统的压力传感器有压阻法、压电法、电容法等多种测量方法，压电法是通过电介质层感应外界压力时内部极化感生的正负电荷来计算压力的，具有体积小，耐高温等优点，但其不能用于静态测量。电容法通过内部上下两极板感应压力形变引起的内部电容变化来测量的，其需要特定的电路来测量电容的变化。

目前国内研制的电缆式、船体固定式、拖曳式温盐深测量设备存在诸多问题，例如设备复杂、体积巨大，集成度不高、创新性不强、仪器精度低等，随着深远海发展战略的逐步推进，急需克服以上缺点。

本案申请人在2019年01月30日递交了一件名为“一种集成微纳传感器及其制作方法”的发明专利申请，2019年05月28日公布，文献号为CN109813778A，提供了一种水体pH值、电导率和温度三参数快速在线检测的集成微纳传感器及其制作方法，但其缺少压力检测功能。本发明可以看作是在此技术基础上进一步的研发成果。

发明内容

本发明的技术关键是提供一种用于水体中温度、电导率和压力检测的温盐深集成微纳传感器及其制作方法，本发明温盐深集成微纳传感器可以在水体中精确测量同一位置点与时间点的压力、电导率温度参数，克服现有传感器体积大，响应速度慢、不易于集成等缺点，制作的传感器集成程度高，响应快，温漂小。

为了解决上述技术问题，本发明温盐深集成微纳传感器所采用的技术方案为：

一种用于水体温盐深检测的集成微纳传感器，包括可与硅基片键合的Pyrex7740玻璃基片，玻璃基片上面以与其键合的方式覆盖有表面为[100]晶面、双面抛光并氧化的硅基片，二者键合成一体；在硅基片上表面的温度传感区域、压力传感区域和电导率传感区域分别设置温度传感器、压力传感器和电导率传感器；其特征在于，所述压力传感器如此设置：在所述压力传感区域的横向两侧与纵向两侧分别对称设置经离子注入掺杂而形成的2个横向导电区域与2个纵向导电区域，在所述压力传感区域上表面各导电区域之间设置有经溅射和Lift-off工艺制备出的金属导电连接线相连接，使各导电区域的电阻值相同，形成惠斯通电桥，2个横向导电区域与2个纵向导电区域分别作为该惠斯通电桥的四个桥臂，所述硅基片的键合面在压力传感区的背面经湿法刻蚀向内挖空形成真空压力槽，使压力传感区域成为微米级厚度的遇压变形的压力敏感膜；当压力传感区域受到压力时，2个横向导电区域与2个纵向导电区域受压变形而产生压阻效应，成为该惠斯通电桥的四个桥臂的压阻感应条，将压力信号变换为电阻值信号即电信号，所述金属导电连接线与四个桥臂的压阻感应条之间以欧姆接触相连接，通过金属导电连接线传递出。

以下为本发明温盐深集成微纳传感器进一步的方案：