[发明专利]基于MEMS技术的接触式四电极盐度传感器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及盐度传感器领域，尤其涉及一种基于MEMS（Micro Electro Mechanical Systems，微机电系统）技术的接触式四电极盐度传感器的制备方法。

背景技术

海水盐度是自然海洋生态系统的基本参数，影响着生物的种类、结构和功能，是海洋调查、海洋渔业研究和海洋环境污染检测中最重要的观测项目之一。各处海水虽然含盐量不同，但其主要成分的比例却是基本恒定的，因此可利用电导率推算出盐度。电极式电导率盐度传感器具有信号强、灵敏度高、抗干扰能力高、测量电路简单的特点。电极式电导率盐度传感器目前有二电极、四电极等。四电极型电导率盐度传感器因将电压测量和电流输入电极分开，避免了杂散电流和极化阻抗的影响，应用广泛。

传统机械加工工艺制备的盐度传感器尺寸较大，能耗较高，不适用于需要微型传感器的场合。而MEMS盐度传感器采用微纳加工技术，制作成本低，器件体积小、能耗低，可装配在在线测量仪如系缆式剖面、浮标和水下机器人等仪器。目前文献报道的MEMS盐度传感器主要有两种制备方法：一种是基于硅衬底或玻璃衬底；一种是基于PCB多层板衬底。

第一种方法，以硅片或玻璃片作为衬底，在上面淀积粘附层、电极、保护层等。丹麦Lyngby大学的A.（Autonomous multi-sensor micro-system for measurement of ocean water salinity[J],Sensors and Actuators A:Physical,2008,147:474-484）采用硅基MEMS技术制作了尺寸达4mm×6mm的CTD（conductivity temperature depth）系统，其中就包含了一个约2mm×3mm的方形四电极电导率传感器和温度传感器。先在硅片上生长一层二氧化硅薄膜作为粘附层，接着通过低压化学气相淀积（LPCVD）、物理气相淀积（PVD）、退火工艺生长TiSi₂作为连线和温度感应电极，通过低压化学气相淀积生长Si₃N₄作为保护层，淀积Pt电极作为电导率感应电极。X.Huang等人（A Miniature,High Precision Conductivity and Temperature Sensor System for Ocean Monitoring[J],Sensors Journal,IEEE,2011,11:3246-3252）在玻璃基底上制备了集成式的CT传感器，采用平面7电极电导传感器和块状铂电阻温度传感器，并采用环氧树脂保护电极。赵湛等人（基于MEMS工艺的硅基四电极电导率与温度集成传感器芯片的研制[J]，传感技术学报，2011，24（7）：966-969）以硅片为衬底，在硅片两面生长SiO₂作为绝缘层，在SiO₂表面生长低应力Si₃N₄薄膜,再通过光刻、磁控溅射，剥离和SU8隔离的方法沉积一层300nm的Pt温度传感器与电导率传感器，但尚未有封装和用于实际海水等样品测试环境。

第二种方法H.A.Broadbent等人（Fabrication of a LCP-based conductivity cell and resistive temperature device via PCB MEMS technology[J],Journal of Micromechanics and Microengineering,2007,17:722-729）开发了PCB-MEMS技术采用PCB多层板做基底,采用无掩膜光刻法和其他MEMS工艺，制作了基于液晶聚合物(LCP)材料的电导率传感器。然而PCB-MEMS制造技术与传统的集成电路制备工艺不兼容，因此批量生产存在困难。

综上，目前国内的电极式电导率盐度传感器大多采用机械加工工艺制备，器件尺寸较大，不适用于需要微型传感器的场合。国外文献报道的MEMS盐度传感器制备方法，或者工艺步骤复杂、成本较高，或者保护层致密性不好，或者与传统集成电路制备工艺不兼容。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述问题，提供一种基于MEMS技术的接触式四电极盐度传感器的制备方法。

基于MEMS技术的接触式四电极盐度传感器的制备方法，包括以下步骤：

（1）选取石英片作为衬底，清洗干净；

（2）在石英片正面磁控溅射淀积一层Si₃N₄薄膜；