[发明专利]一种基于CMUT的温度传感器及制备和应用方法

权利要求书

1.一种基于CMUT的温度传感器，其特征在于：其总体结构由温度敏感薄膜（1）和基座（2）两大部分组成；其中温度敏感薄膜（1）自上而下由高热膨胀系数金属层（3）和二氧化硅薄膜（4）组成，高热膨胀系数金属层（3）同时作为温度传感器的上电极；其中基座（2）上部中间部分设置有空腔（5）和围绕空腔的二氧化硅支柱（6），基座下部中间部分设置有下电极（7）、围绕下电极的应力释放凹槽（8），下电极（7）和应力释放凹槽（8）表面覆盖有氮化硅层（9），氮化硅层（9）上开设有下电极电连接窗口（10）。

2.根据权利要求1所述的基于CMUT的温度传感器，其特征在于：所述应力释放凹槽（8）顶部与下电极（7）上侧在同一平面将下电极（7）与基座（2）在横向方向上隔开。

3.根据权利要求1所述的基于CMUT的温度传感器，其特征在于：所述上电极和下电极形状与空腔形状相同，上电极和下电极横向尺寸小于或等于空腔的横向尺寸。

4.根据权利要求1所述的基于CMUT的温度传感器，其特征在于：所述基座各组成部分由同一单晶硅经热氧化、离子掺杂和刻蚀工艺形成。

5.根据权利要求1所述的基于CMUT的温度传感器，其特征在于：所述基座除氮化硅层和下电极外，其余部分材料均为二氧化硅。

6.根据权利要求2所述的基于CMUT的温度传感器，其特征在于：所述高热膨胀系数金属层（3）材料为金或铝。

7.一种基于CMUT的温度传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）取一<111>晶向单晶硅片作为第一单晶硅，氧化第一单晶硅上表面使第一单晶硅形成上部二氧化硅层和下部单晶硅层，其中上部二氧化硅层的厚度大于下部单晶硅层的厚度，并刻蚀二氧化硅层形成空腔和支柱；

（2）光刻第一单晶硅的下部单晶硅层下表面形成应力释放凹槽图形窗口，刻蚀释放凹槽图形窗口内单晶硅层，刻蚀停止于二氧化硅层，形成凹槽；此时下部单晶层被分成两部分，即内侧单晶硅层部分和外侧单晶硅层部分；

（3）采用局部离子掺杂技术重掺杂第一单晶硅下部内侧单晶硅层部分形成下电极，并在第一单晶硅下表面沉积一定厚度的氮化硅层；

（4）光刻、刻蚀第一单晶硅下表面沉积的氮化硅层，露出第一单晶硅下部外侧单晶硅层部分；

（5）氧化第一单晶硅下表面使其下部外侧单晶硅层部分完全形成二氧化硅；另外，取另一<111>晶向单晶硅片作为第二单晶硅，氧化其上表面，形成二氧化硅薄膜层；

（6）抛光第一单晶硅和第二单晶硅上表面，将第一单晶硅和第二单晶硅上表面真空熔融键合，形成真空腔，其中第二单晶硅在上，第一单晶硅在下；

（7）机械法去掉第二单晶硅上未被氧化单晶硅的80%，然后再用DEP溶液刻蚀掉剩余的20%单晶硅，第二单晶硅上的二氧化硅薄膜作为刻蚀停止层，并对该二氧化硅薄膜的上表面进行抛光；

（8）在二氧化硅薄膜上沉积高热膨胀系数金属层，刻蚀形成最终金属层形状，同时刻蚀第二单晶硅下表面氮化硅层，形成下电极电连接窗口。

8.一种如权利要求1所述的基于CMUT的温度传感器的应用方法，其特征在于：所述基于CMUT的温度传感器用于温度测量。

9.根据权利要求8所述的基于CMUT的温度传感器的应用方法，其特征在于：在某一参考温度下，给温度传感器两电极之间施加一定的直流偏置和谐波电压，使其在非塌陷工作模式下发生谐振，将此时的电气参数和对应的温度值分别作为电参数和温度的参考值，当温度变化时，用阻抗分析仪测量此时的电气参数，通过电气参数的相对变化值与温度变化值之间的对应关系实现温度的测量。