[发明专利]基于ZnO纳米线阵列的压力传感器芯片及其制备方法

摘要

本发明提供一种基于ZnO纳米线阵列的压力传感器芯片及其制备方法，本发明所描述的芯片利用ZnO纳米线作为压力传感器的压电元件，利用ZnO的压电效应将机械能转化为电信号，达到检测压力的目的；由于使用ZnO纳米线作为压电元件，相比于一般压电元件，ZnO纳米线可以利用自身的压电效应以及半导体与金属接触的肖特基接触，实现电荷的积累到释放的过程，因此不需要一般压电元件所需要的高阻抗输出放大电路，此外，通过合成高质量的纳米尺度结构可进一步实现压电式压力传感器的微型化。

主权项

一种基于ZnO纳米线阵列的压力传感器芯片的制备方法，其特征在于：包括制备ZnO纳米线压电元件的步骤、制备C型杯弹性元件的步骤和将ZnO纳米线压电元件和C型杯弹性元件结合的步骤；制备ZnO纳米线压电元件的步骤：(1)使用HF溶液清洗双面抛光的硅片，并将清洗后的硅片置于等离子处理系统中进行表面处理，等离子体处理的时间为5～20分钟，处理温度为20～300℃，处理完后进行烘干；(2)在硅片两端淀积氮化硅；(3)利用硅通孔技术在硅片上利用等离子刻蚀出通孔，通孔直径为20～30μm；(4)在硅片上和通孔中淀积钛电极，作为ZnO纳米线阵列的下电极，钛电极厚度为5～10nm，长为2～2.5mm，宽为0.4～0.5mm；(5)在钛电极上表面溅射淀积金层，作为ZnO纳米线阵列的催化层，金层的厚度为20～50nm，长为2～2.5mm，宽为0.4～0.5mm；(6)在金层上，用含有锌离子的碱性溶液作为反应溶液，在100℃下保温反应4小时，促使ZnO纳米线阵列的生长，然后将剩余的金层蒸发，得到ZnO纳米线阵列，其长为0.5～5μm，直径为200～500nm，并在完成生长后使用丙酮清洗烘干；(7)在ZnO纳米线生长成阵列后，利用注塑工艺将PMDS注入将ZnO纳米线阵列包裹；(8)利用氧离子刻蚀将步骤(7)中注入的PDMS的顶端部分去除，将ZnO纳米线阵列的顶端暴露出来，底端ZnO纳米线仍包裹在PDMS中；(9)利用等离子刻蚀将两端的氮化硅去除，即得到ZnO纳米线压电元件；制备C型杯弹性元件的步骤：(1)使用HF溶液清洗双面抛光的SOI硅片，并将清洗后的SOI硅片置于等离子处理系统中进行表面处理，等离子体处理的时间为5～20分钟，处理温度20～300℃，处理完后进行烘干；(2)双面淀积氮化硅；(3)在SOI硅片正面光刻，刻蚀去掉正面中间区域的氮化硅；(4)采用氢氧化钾各向异性刻蚀单晶硅，并腐蚀至二氧化硅埋层停止，制作出有效硅膜，C型杯的内部能够容纳ZnO纳米线压电元件的ZnO纳米线阵列；(5)用等离子刻蚀技术刻蚀位于背面的氮化硅；(6)利用硅通孔技术，在硅片上利用等离子刻蚀出通孔，通孔直径为20～30μm；(7)在硅片上和通孔中淀积铂电极，作为ZnO纳米线阵列的上电极，铂电极厚度为5～10nm，长为3～3.5mm，宽为0.4～0.5mm；制作完成后即得C型杯弹性元件；将ZnO纳米线压电元件和C型杯弹性元件结合的步骤：(1)将制作完成的ZnO纳米线压电元件和C型杯弹性元件，在硅基座和ZnO纳米线压电元件两侧进行硅‑硅低温键合，在80～180℃的环境中干燥3～5小时即得基于ZnO纳米线阵列的压力传感器芯片。