[发明专利]一种U形槽悬臂梁结构的MEMS压电矢量水听器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种U形槽悬臂梁结构的MEMS压电矢量水听器，所述MEMS压电矢量水听器的工作频率范围为10KHz以下；其包括：若干压电传感芯片(a)、对应的若干后置放大电路(b)、灌封结构(c)；每个所述后置放大电路(b)上固定所述压电传感芯片(a)，并内封在所述封装结构(c)，且分别沿坐标系X轴、Y轴、Z轴放置；采用具有U形槽压电复合悬臂梁和质量块结构以及相应的灌封结构来构成MEMS压电矢量水听器，通过U形槽，使压电复合悬臂梁被分割为独立的若干压电单元，并且对所述若干压电单元进行电极串联，通过具有U形槽的压电复合悬臂梁和电极串联结构，明显提高了MEMS压电矢量水听器的灵敏度。

技术领域

本发明属于传感技术领域，具体涉及一种U形槽悬臂梁结构的MEMS压电矢量水听器及其制备方法。

背景技术

作为声呐系统的重要部件之一，矢量水听器广泛应用于水下声压信号的精确定位和测量。MEMS矢量水听器相对于传统矢量水听器具有体积小，低功耗、制造成本低、易成阵的优点。目前，矢量水听器根据其敏感转换元件的不同可主要分为以下几种：第一种矢量水听器的敏感转换元件采用共振隧穿二极管RTD；例如，中国专利号为ZL200610012991.0所公开的《一种共振隧穿仿生矢量水声传感器》。此种矢量水听器具有频响效果好、灵敏度高的优点，但其在工作过程中受温度及环境噪音影响很大，因而其存在抗干扰能力差的问题。第二种矢量水听器的敏感转换元件采用压敏电阻；例如，中国专利号为ZL200810079372.2所公开的《一种微纳仿生矢量水声传感器的封装结构》。此种矢量水听器具有体积小、成本低、工艺简单的优点，但其存在工作时需要外加电压、噪音大、换能器材料换能器效率差等问题。另外一种MEMS压电矢量水听器具有无源、工作稳定性好、噪声低、工艺相对简单等优点。但目前的MEMS压电矢量水听器灵敏度较低，严重阻碍了其实用化的道路。

发明内容

本发明的目的在于，为解决现有的MEMS矢量水听器存在上述的问题，本发明提供了一种U形槽悬臂梁结构的MEMS压电矢量水听器，所述MEMS压电矢量水听器采用具有U形槽压电复合悬臂梁和质量块结构以及相应的灌封结构来构成MEMS压电矢量水听器，通过U形槽，使压电复合悬臂梁被分割为独立的若干压电单元，并且在所述若干压电单元进行电极串联，通过具有U形槽的压电复合悬臂梁和电极串联结构，明显提高了MEMS压电矢量水听器的灵敏度。

为了实现上述目的，本发明提供了一种U形槽悬臂梁结构的MEMS压电矢量水听器，所述MEMS压电矢量水听器的工作频率范围为10KHz以下；其包括：若干压电传感芯片、对应的若干后置放大电路、灌封结构；每个所述后置放大电路上固定所述压电传感芯片，形成一个“回”字形结构，并内封在所述封装结构，且分别沿坐标系X轴、Y轴、Z轴放置。

所述压电传感芯片包括：质量块、压电复合悬臂梁、“口”字形支撑结构；所述压电复合悬臂梁的一端与所述质量块相连，其另一端与所述“口”字形支撑结构一侧的内壁相连，且所述质量块位于所述“口”字形支撑结构内，且与所述“口”字形结构相对且平行放置；所述“口”字形支撑结构的另外三侧的内壁与所述压电复合悬臂梁、所述质量块均不相连，形成一个U形狭缝；其中，所述“口”字形结构包括：一部分复合层和一部分SOI基底层；所述复合层位于所述SOI基底层之上；所述复合层位于所述SOI基底层和所述质量块的上方，且二者与所述压电复合悬臂梁组成横截面为U形的结构。当有惯性力作用，所述压电复合悬臂梁产生形变，使压电单元产生电荷。

所述复合层包括：绝缘氧化层、SOI硅层、SOI氧化层；所述SOI硅层位于所述SOI氧化层的上方，所述绝缘氧化层位于所述SOI硅层的上方，所述SOI硅层位于所述绝缘氧化层和所述SOI氧化层之间。所述质量块与所述支撑结构之间设有U形狭缝，被U形狭缝所包围的部分所述复合层为所述压电复合悬臂梁的一部分。

所述压电复合悬臂梁包括：若干压电复合弹性梁；所述压电复合弹性梁之间刻蚀有U形槽，且并排放置；所述压电复合弹性梁进一步包括：压电单元、绝缘氧化层、SOI硅层；所述压电单元位于所述绝缘氧化层的上方，所述绝缘氧化层位于所述SOI硅层的上方。