[实用新型]基于SOI和压电薄膜的声表面波高温应变传感器芯片及其应用结构

说明书

本实用新型提出了一种基于SOI和压电薄膜的声表面波高温应变传感器芯片及其应用结构，该高温应变传感器芯片包括SOI芯片基底，SOI芯片基底具有第一表面和第二表面，在SOI芯片基底上形成有压电薄膜，在压电薄膜之上形成有叉指换能器和反射栅，在叉指换能器和反射栅上形成有绝缘保护层，在压电薄膜和绝缘保护层上有通孔分别连接至底电极和叉指换能器，在绝缘保护层上的通孔处形成有信号引出盘；并且具有或不具有如下结构：在SOI芯片基底内从SOI芯片基底底面延伸至SOI隔离层形成有应变腔室，腔室在SOI芯片基底底面和SOI芯片基底侧壁均有开口。该高温应变传感器芯片结构简单、体积小、重量轻、精度高，可应用于航空航天、石油化工、核工业等高温环境下应变参数的测量。

技术领域

本实用新型属于半导体设计及制造技术领域，涉及MEMS传感器，具体涉及一种基于SOI和压电薄膜的声表面波高温应变传感器芯片及其应用结构。

背景技术

高温环境下的应变测量是测控技术的重点、难点之一。在航空航天、国防军工、石油化工、核工业等领域，常常需要在高温环境下进行应变的测量与控制，高性能的高温应变传感器是上述领域中的关键器件之一。

基于电阻应变片的应变电测系统，在高温环境下，受电磁辐射干扰后，电阻应变片的测试稳定性较差，存活率也较低，且电阻应变片的电阻值受温度影响较大。

基于光纤法珀传感器的应变光测系统，其光栅二次涂覆问题以及带涂层保护的高温光纤问题，妨碍了该种应变光测系统在高温下的使用。

实用新型内容

本实用新型旨在解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于SOI和压电薄膜的声表面波高温应变传感器芯片及其应用结构。

为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了一种基于SOI和压电薄膜的声表面波高温应变传感器芯片，其包括SOI芯片基底，所述SOI芯片基底具有第一表面和第二表面，在所述SOI芯片基底上形成有压电薄膜，在所述压电薄膜之上形成有叉指换能器和反射栅，在叉指换能器和反射栅上形成有绝缘保护层，在压电薄膜和绝缘保护层上有通孔分别连接至底电极和叉指换能器，在绝缘保护层上的通孔处形成有信号引出盘。

并且具有或不具有如下结构：在SOI芯片基底内从SOI芯片基底底面延伸至SOI隔离层形成有应变腔室，所述腔室在SOI芯片基底底面和SOI芯片基底侧壁均有开口。

本实用新型的声表面波高温应变传感器芯片结构简单、体积小、重量轻、精度高，可应用于航空航天、石油化工、核工业等高温环境下应变参数的测量。

在本实用新型的一种优选实施方式中，采用SOI制备形成SOI芯片基底， SOI器件层的电阻率≥5kΩ。制备的传感器芯片高温性能好，保证芯片质量；用 SOI的加工工艺成熟，成品率高。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，所述压电薄膜为晶粒呈c轴取向的纯AlN压电薄膜或掺杂10at％-43at％钪元素的AlN压电薄膜(含钪的AlN压电薄膜)，保证高温时的检测效果。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，叉指换能器和反射栅在压电薄膜上方呈平行放置，所述叉指换能器和反射栅材料为同一种材料。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，所述叉指换能器和反射栅的材料为铝、金、钼、铂、铱或其合金，能够满足多种温度传感器的要求。

例如在200℃以下选择铝；在600℃以下选择金；在800℃以下选择钼；在1000℃以下选择铂；在1200℃以下选择铱。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，在SOI芯片基底与压电薄膜之间形成有底电极，所述底电极可引出并接地，也可不引出；和/或在所述SOI芯片基底第二表面进行深刻蚀加工形成腔室，进一步减薄SOI芯片基底的厚度，所述腔室在SOI芯片基底底面和SOI芯片基底侧壁均有开口。