[发明专利]射频压力传感器

说明书

本发明公开了一种射频压力传感器，包括带有空腔的衬底，沉积在衬底上表面的布拉格反射栅层结构以及形成在反射栅层结构上的压电堆叠结构。布拉格反射栅层结构从下至上依次为低声阻抗层和高声阻抗层的交替叠加；压电堆叠结构从下至上依次为底电极、压电层及顶电极。当压力作用于传感器时，由于空腔的存在，压电堆叠结构、反射栅层结构及空腔上衬底薄层在压力的作用下发生相应形变，引起谐振频率的偏移，最终测量出压力的变化。通过设置的反射栅层结构和空腔上的衬底层，可以增加传感器的稳定性；传感器可承受更大的压力，即可测量压力范围更大，应用范围更广。同时，SiO₂薄膜层可以减少谐振器的温漂问题，进一步增大传感器的稳定性与准确性。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及一种射频压力传感器。

背景技术

传感器作为一种将机械能与电能相互转换的换能器，现在已经广泛用于手机、电脑、照相机等消费性电子产品以及工业界、生命健康监测等领域中。传统的传感器主要包括电容式和压电式两种，电容式传感器采用双层膜结构，利用导体间的电容充放电原理，改变导体间的电压，从而实现机械能到电能的转换。虽然电容式传感器具有极为宽广的频率响应范围，能够快速的瞬时响应等优点，但是电容式传感器脆弱，怕潮怕摔，需要直流电压，在实际应用中依然存在较大问题。近年来随着压电式微机电系统(MEMS)技术的不断发展，特别是基于氮化铝薄膜材料MEMS技术的逐渐成熟，压电MEMS传感器也不断的发展起来。压电MEMS传感器是一种新型的MEMS产品，利用集成在硅基底表面的压电材料进行能量转换，其采用单一隔膜结构，能够不受灰尘、水、焊剂蒸汽影响，在高端电子产品上已经逐渐取代传统的电容式传感器，成为新一代MEMS传感器市场的主流。

压力传感器是应用最为广泛的传感器之一。目前压力传感器有电容式压力传感器和压电式压力传感器等。其中相较于压电式压力传感器，电容式压力传感器的稳定性及压力的承受范围较大，而压电式压力传感器的稳定性较差。压电式压力传感器的灵敏度性能极好，但是其稳定性及可承受的压力较小。因此目前急需一种灵敏度高、稳定性好及可测压力范围大的压力传感器。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种射频压力传感器，是一种新型射频压力传感器，实现高灵敏度、高稳定性及大压力测量范围等压力传感器性能。

为解决上述问题，本发明提供的射频压力传感器，其特征在于：包括衬底、沉积在衬底上表面的布拉格反射栅层结构和形成在反射栅层结构上的压电堆叠结构；

所述衬底内部具有密闭的空腔；

所述布拉格反射栅层结构从下至上依次为低声阻抗层和高声阻抗层的交替叠加；

所述压电堆叠结构从下至上依次为底电极、压电薄膜及顶电极。

作为优选方案，所述衬底为硅衬底或者是SOI衬底。

进一步地，所述衬底中的空腔呈圆柱型、长方体型或不规则六面体型中任一种。

更进一步地，所述布拉格反射栅层结构中的低声阻抗层薄膜为SiO₂薄膜；所述布拉格反射栅层结构中的高声阻抗层薄膜为Mo薄膜、SiC薄膜、SiN薄膜、W薄膜或AlN薄膜中任一种。

更进一步地，对所述压电堆叠结构进行电极图案化；所述电极图案化包括顶电极图案化，或者底电极和顶电极均图案化。

更进一步地，所述底电极、顶电极图案化为不规则五边形、圆形、椭圆形或叉指电极中任一种。

更进一步地，所述底电极和顶电极均为金属导电薄膜；所述金属导电薄膜包括Mo导电薄膜、Pt导电薄膜、Au导电薄膜和Al导电薄膜。

更进一步地，所述压电薄膜为AlN压电薄膜、Sc掺杂AlN压电薄膜、PZT压电薄膜、ZnO压电薄膜、铌酸锂薄膜或钽酸锂薄膜中任一种。