[实用新型]一种基于SOI和压电薄膜的声表面波高温压力传感器芯片

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压力传感器芯片及其应用结构，该声表面波高温压力传感器芯片包括SOI芯片基底，SOI芯片基底上形成有压力敏感层，压力敏感层上形成有压电薄膜，在压电薄膜之上形成有叉指换能器和反射栅；在SOI芯片基底内从SOI芯片基底底面延伸至压力敏感层形成有检测压力时提供参考压力的腔室。本实用新型的声表面波高温压力传感器芯片体积小，工作在射频段可实现无线收发，测量方式灵活，因而在高温压力测量领域具有非常大的应用潜力。

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压力传感器芯片及其应用结构。

背景技术

高温环境下的压力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、汽车工业等领域，常常需要在高温环境下进行压力的测量与控制，高性能的高温压力传感器是上述领域中的关键器件之一。

目前广泛使用的硅压阻式压力传感器，采用P-N结隔离应变电桥与应变膜，其工艺成熟且性能优异，但是P-N结漏电随着温度升高而急剧增大，当温度超过120℃时，传感器的性能会严重恶化甚至失效，另外，硅在600℃时会发生塑性变形和电流泄漏，导致信号处理系统和电路的极度失调。以石英为基底的声表面波压力传感器技术已经相当成熟，但其工作温度一般为-20℃ -100℃，不宜在高于200℃的环境下使用。

中国专利CN 1514219提供了一种固态压阻式耐高温压力传感器，实现了 200℃以上恶劣环境的温度测量，但此传感器仍需电源供电，需要导线传输信号，难以胜任500℃以上高温要求。中国专利CN101775657涉及到了硅酸镓镧高温应用零温度补偿切型，但没有具体针对此晶体在传感器方面做深入的工作。

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压力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，根据本实用新型的第一个方面，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压力传感器芯片，其包括 SOI芯片基底，所述SOI芯片基底上的二氧化硅层及其上的器件层共同构成SOI 压力敏感层，所述SOI压力敏感层上形成有压电薄膜，在所述压电薄膜之上形成有叉指换能器和反射栅；在SOI芯片基底内从SOI芯片基底底面延伸至压力敏感层形成有检测压力时提供参考压力的腔室。所述SOI芯片基底之下也可以具有第二芯片基底，在SOI芯片基底内从第二芯片基底延伸至压力敏感层之间形成有高真空密封腔室。

本实用新型的声表面波高温压力传感器芯片体积小，工作在射频段可实现无线收发，测量方式灵活，因而在高温压力测量领域具有非常大的应用潜力。

在本实用新型的一种优选实施方式中，采用SOI制备形成SOI芯片基底和压力敏感层，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，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设置，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，在压力敏感层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。