[发明专利]基于PDMS-硅纳米膜的柔性心音传感器及其制备方法

说明书

本发明为一种基于PDMS‑硅纳米膜的柔性心音传感器，属于半导体技术领域。该传感器由硅纳米膜和柔性基底PDMS组成，硅纳米膜包括压阻区、欧姆接触区和合金区，合金区的材质为铬和金的合金。制备时在SOI片的上方形成氧化层，经过浓硼扩散后形成欧姆接触区，刻蚀顶层硅后形成压阻区，溅射、腐蚀金属并退火后形成合金区，刻蚀并腐蚀埋氧层后形成屋檐结构，钻蚀埋氧层后形成悬空的硅纳米膜结构，最终将硅纳米膜转印到柔性基底PDMS上。该传感器具有较高的灵敏度，同时由于柔性基底PDMS，增加了传感器的适应性和便捷性。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体是一种基于PDMS-硅纳米膜的柔性心音传感器及其制备方法。

背景技术

心音是一种非常重要的人体生理信号，它是心脏及心血管系统机械运动和综合状况的反映。基于压阻效应制备的传感器，由于其结构简单、低频特性好、性能稳定被广泛应用在动力机械、生物医学、航天等压力测量领域。由于心音信号比较微弱，因此需要较高灵敏度的传感器来检测。由于多子迁移率的变化量有限导致基于压阻效应的器件灵敏度不是很高，而基于硅纳米膜制备的传感器具有巨压阻效应，它依靠的是应变引起表面势变化从而引起多子浓度的变化，最终可以提高器件的灵敏度。同时考虑到目前大部分的心音传感器是刚性的，适应性有一定的限制，且器件尺寸较大不够便携。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术中存在的问题，而提出了一种基于PDMS-硅纳米膜的柔性心音传感器，该传感器是将SOI片的顶层硅经过微纳加工工艺转印到PDMS上制作成的柔性心音传感器。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种基于PDMS-硅纳米膜的柔性心音传感器，包括硅纳米膜和柔性基底PDMS，硅纳米膜设置于柔性基底PDMS的顶面中心位置处；硅纳米膜为矩形片状结构，其中间位置为压阻区、两侧位置分别为欧姆接触区，欧姆接触区的顶面中间位置设有块状的合金区；其中，压阻区和欧姆接触区为SOI片的顶层硅部分，并且欧姆接触区进行了浓硼扩散，合金区的材质为铬和金的合金。

进一步的，本发明还提供了上述基于PDMS-硅纳米膜的柔性心音传感器的制备方法，即：通过PECVD在SOI片的上方形成氧化层，经过浓硼扩散后形成欧姆接触区，刻蚀顶层硅后形成压阻区，溅射、腐蚀金属并退火后形成合金，刻蚀并腐蚀埋氧层后形成屋檐结构，钻蚀埋氧层后形成悬空的硅纳米膜结构，最终将硅纳米膜转印到柔性基底PDMS上。具体的制备工艺步骤如下：

1）取SOI片进行标准清洗，去离子水冲洗后用氮气吹干，保证晶圆的洁净；

2）在SOI片的顶层硅表面生成氧化硅层；

3）设置第一层掩膜，光刻胶图形覆盖保护，刻蚀欧姆接触区；

4）重掺杂，对欧姆接触区进行浓硼扩散；

5）腐蚀掉经过重掺杂工艺后顶层硅表面形成的氧化硅层及杂质；

6）设置第二层掩膜，光刻胶图形覆盖保护，刻蚀压阻区；

7）将SOI片清洗后磁控溅射金属铬和金，设置第三层掩膜，光刻胶图形覆盖保护，光刻保留位于合金区的金属；

8）湿法腐蚀掉其他区域的金属，去胶后，将SOI片进行退火处理，使合金区形成铬和金的合金；

9）设置第四层掩膜，光刻胶图形覆盖保护，刻蚀除压阻区及欧姆接触区正下方以外的埋氧层；

10）湿法腐蚀压阻区及欧姆接触区正下方的埋氧层，使该部分埋氧层的侧壁形成弧形凹面，欧姆接触区、埋氧层的弧形凹面、底层硅之间形成屋檐结构；

11）旋涂光刻胶后全曝光，保留屋檐结构内的光刻胶部分；

12）钻蚀埋氧层，用湿法腐蚀液将剩余的埋氧层部分彻底腐蚀掉，形成悬空的硅纳米膜；

13）制备PDMS，再将硅纳米膜转印到柔性基底PDMS上；

14）在硅纳米膜两侧打印电极。