一種微型膜片式加速度傳感器的本體及製造方法

2023-05-05 11:22:01 2

專利名稱：一種微型膜片式加速度傳感器的本體及製造方法
技術領域：
本發明涉及微型慣性傳感器的本體及製造方法，特別是涉及一種基於納米材料的微型膜片式加速度傳感器的本體結構及其製造方法。
背景技術：
加速度傳感器是慣性導航、運動參數和姿態測量中重要的傳感器，特別是微型加速度傳感器，具有尺寸小、重量輕、成本低、便於集成、可批量生產等優點，在航空航天、軍事、汽車等領域有著廣泛的應用前景。
近年來，隨著微機械加工技術的飛速發展，出現了多種微型加速度傳感器，根據測量方式不同可分為壓阻應變型、力平衡型、電容型、力平衡電容型、壓電型、隧道型、熱傳導型、自動鎖存型、多軸集成型以及加速度計陣列等等，並向高精度、集成化的方向發展。
本發明屬於壓阻應變型的加速度計，這類加速度計產生較早，結構簡單可靠，通過壓阻元件的彎曲變形造成其自身電阻值的改變，引起惠斯登電橋輸出相應的電壓信號(陶寶祺等.電阻應變式傳感器.國防工業出版社，1993.)。一般微型壓阻應變型加速度計的結構常用懸臂梁或支承梁，傳統的壓阻元件是採用貼片或微加工技術擴散於梁結構之上，受溫度影響大，需要電路補償。
納米材料是目前材料科學研究的一個熱點，相應發展起來的納米技術則被公認為是21世紀最具有前途的科研領域並將引起一場新的工業革命。納米材料包括的種類繁多，按照空間維數區分，屬於零維材料的有納米顆粒與粉體，一維的有納米管、納米線、以及屬於二維材料的納米帶和納米薄膜等等。由於特徵尺度為納米，納米材料具有獨特的電學特性、機械特性以及尺寸效應、表面效應、量子效應等常規材料不具有的納效應(朱靜等.納米材料和器件.清華大學出版社，2003.)。例如，碳納米管具有很高的楊氏模量、抗拉強度它的理論抗拉強度是鋼的100倍，而密度僅為鋼的1/6，化學性質穩定，不易與其它物質發生反應，並且機械強度高、韌性好。並且根據螺旋度及直徑的不同，碳納米管可以表現出金屬性、半導體性和半金屬性。已有研究表明，碳納米管的電導率隨應變增加發生大幅度下降(當應力變化3.2％，電導率減小2個數量級)，且載流能力很大，電阻的溫度係數極小(Thomas W.Tombler，Chongwu Zhou，Leo Alexseyev.Reversibleelectromechanical characteristics of carbon nanotubes under local-probe manipulation.Nature，2000，405(6)769～772)。因此，利用納米材料獨特的性質並結合目前的微型敏感結構，為超高靈敏度傳感器的研究提供了一個新的思路。

發明內容
本發明的目的之一是提供一種在矽膜片上生長一維或二維納米材料作為敏感元件，與上、下蓋封裝組成微納結合的傳感器本體結構，利用納米材料靈敏度高、溫度係數小等新效應，實現膜片式加速度傳感器的高精度測量。
本發明的目的之二在於，提供一種具有微納結合特點的微型膜片式加速度傳感器本體結構的製備方法。
本發明提供的微型膜片式加速度傳感器的本體，包括膜片，金電極和引線封裝結構；其特徵還包括上蓋、下蓋、位於膜片上的質量塊，以及在膜片上分布排列的一維或二維納米材料；其中在所述的膜片中心設置一厚度為10μm-250μm，半徑為50μm-6mm的圓形質量塊；在膜片的周邊有一凸起圓環，其圓環寬為100μm-10mm，厚度為10μm-250μm；在凸起圓環內側和質量塊外側相對稱處分別設置兩對或M對一維或二維納米材料；所述的上蓋或下蓋與矽膜片直徑大小相同，在其周邊有一凸起圓環，其圓環高度為10μm-500μm，寬度與膜片的凸起圓環相同，並在上蓋或下蓋內腔中心處設置一凸起保護塊，該保護塊高度為1μm-100μm，半徑為50μm-6mm；在膜片和一維或二維納米材料上製作N對金電極和引線；膜片處於上蓋、下蓋之間，鍵合在一起，並採用壓焊工藝引出導線。
在上述的技術方案中，所述的膜片、上蓋和下蓋用矽片製作，三者直徑相同。
在上述的技術方案中，所述的膜片的半徑為100μm-10mm。
在上述的技術方案中，所述的N對金電極，其中N為整數。
在上述的技術方案中，所述的一維或二維納米材料，包括碳或金屬化合物(例如氧化鋅、氧化鎵、氮化鎵等)形成的納米管、納米線和納米帶，其長度為10nm-100μm；所述的M對一維或二維納米材料的M為2以上的正整數。
在上述的技術方案中，所述的一維或二維納米材料在膜片上的位置分布，根據質量塊受到加速度信號後引起的膜片上各點徑向和切向應變的數值來布置。
本發明還提供微型膜片式加速度傳感器本體的製造工藝，包括以下步驟1)選取雙面拋光的矽片3塊，分別作為下蓋，上蓋和膜片的基片，用熱氧法分別在下蓋，上蓋的一面，和在作膜片的基片的兩面生長二氧化矽掩模層7；2)在步驟1)生長有二氧化矽掩模的基片上、下表面，採用光刻圖形化和各向異性刻蝕工藝，製作中間凸出的一圓形質量塊，和在該矽片的圓周刻蝕成凸起一圓環，質量塊和圓環之間的薄膜厚度為1μm-50μm；3)溶解掉矽片上的二氧化矽掩模層，得到帶有質量塊的膜片；4)在步驟3)製作好的膜片表面均勻生長一層二氧化矽作為電氣絕緣層，保證後續製作的電極和引線能夠實現正常功能；5)將步驟1)製作好的帶有二氧化矽層的下蓋和上蓋分別以光刻膠作為掩膜，採用RIE技術刻蝕二氧化矽，形成二氧化矽掩模層，刻蝕完畢後去膠；6)將步驟5)得到的下蓋和上蓋進行各向異性刻蝕，在矽片表面刻蝕出10μm-400μm深的坑，然後去掉二氧化矽掩模層7；7)在下蓋和上蓋表面生長300nm二氧化矽，光刻圖形化，形成中間保護塊的加工掩膜；採用各向異性刻蝕，加工深度1μm-100μm，形成10μm-500μm的坑；去除二氧化矽掩模層7；8)利用離心力誘導，製作納米敏感元件(a)取步驟4)制好的膜片，選擇中間膜片層的對應位置開始操作；(b)利用氧化鋁作為掩膜，在膜片上蒸鍍5nm厚的四對鐵膜作為生長碳納米管的催化劑，每對鐵膜的距離為10nm-100μm；(c)使整個微結構以中心為軸旋轉，在離心力的誘導下，利用化學氣相沉積(以下簡稱CVD)法在鐵膜間生長出碳納米管，或納米線、納米帶等敏感元件；(d)利用光刻圖形化，並採用金屬濺射工藝，在膜片上生長的碳納米管兩端製作N對金電極和引線，其中N為整數，金電極寬度1μm-10μm，厚度300nm，每對電極的距離為10nm-100μm；通過引線將N對納米敏感元件兩端的電極按照電橋形式連接，並在中間膜片層的外凸起圓環處排列為兩個外電源埠(正、負極)和兩個信號輸出埠；9)將做好的帶有質量塊的膜片、上蓋和下蓋鍵合在一起，並採用壓焊工藝引出導線，完成傳感器本體的製作。
一維或二維納米材料固定於膜片上的方法，包括原位直接催化生長或將單獨製備的納米材料移植至膜片之上。
所述的原位直接催化生長一維或二維納米材料的方法，包括在膜片的電極間定向生長出作為檢測元件的納米材料，同時使整個微結構以中心為軸旋轉，在離心力的誘導下，利用化學氣相沉積方法在電極間生長出納米材料。
所述的原位直接催化生長一維或二維納米材料的方法，包括在微結構上製作一個微槽，並在微槽的兩個側面製作一對電極。在電極間加一定的電壓，使產生的電場方向與要生長的納米材料的方向一致，在電場力的誘導下，利用化學氣相沉積方法在電極間生長出納米材料。
帶有質量塊的中間膜片是傳感器本體的核心部分，根據不同場合的需要，質量塊的半徑可以設計為50μm-6mm，相應的，膜片的半徑可以在100μm-10mm選擇。納米敏感元件的尺寸根據膜片尺寸而變，一般在10nm-100μm之間。傳感器本體的上、下蓋的作用是將中間膜片進行封裝，並對膜片上的質量塊提供過載保護，防止膜片由於變形量過大而造成斷裂失效。
以圖1的圓形膜片為例，上述微型膜片式加速度傳感器的具體組成和檢測原理說明如下尺度為納米量級的納米材料可精確測量膜片上極小範圍內的應變，因此，納米材料的排布顯得非常重要。如果膜片採用各向同性材料，設膜片的內徑和外徑分別為b和a，膜片上各點的徑向應變的分布曲線如圖2。從圖中可知，徑向應變在r＝b時達到正的最大值(設拉應變為正)，r＝a時達到負的最大值，在[b，a]區間有一點的應變為零。
根據圖2的應變分布狀態，如果採用四個納米材料(R1、R2、R3和R4)作為敏感元件，可將它們沿徑向對稱的分布在膜片的r＝b和r＝a處(如圖1所示)。當外界加速度作用到質量塊時，質量塊將帶動圓形膜片產生豎直方向的位移，從而使納米材料產生徑向應變R1和R3的應變為正值，R2和R4的應變為負值。為了便於顯示和記錄應變值的大小，可把納米材料由於應變產生的電阻變化轉換為電壓或電流的變化，實現這種變換最常用的一種方法是採用電橋電路。圖3是直流電橋電路的簡化圖，4個電阻R1～R4分別代表4個納米材料的電阻。電橋的一個對角線接入工作電壓U，則另一個對角線為輸出電壓U0。設膜片的厚度為t，泊松比為μ，Kd為納米材料的應變靈敏係數，M為運動部分的等效質量，E為膜片材料的楊氏膜量，則電橋的輸出電壓U0與四個納米材料的總應變ε及加速度a的關係為U0=UKd4(1-2+3-4)=UKd4=3UKd(1-2)(lna-lnb)Ma2Et2]]>由上式可知，加速度信號與納米材料組成的直流電橋的輸出電壓成正比，因此只要測出輸出電壓，便可測出加速度的大小。與常規的應變計相比，納米材料具有超小的尺寸和超高的應變靈敏係數，並且納米材料的布局做了優化計算，因此這種微型膜片式敏感結構具有很高的靈敏度。另外，由於結構對稱，因此膜片的應變均勻，具有較高的抗衝擊能力。
本發明相對於已有的具有以下優點一般微型壓阻應變型加速度計的結構常用懸臂梁或支承梁，本發明採用圓形薄膜應變的方式，提高應變程度和結構的可靠性。傳統的壓阻元件是採用貼片或微加工技術擴散於梁結構之上，受溫度影響大，需要電路補償。本發明採用納米材料製作壓阻元件，受環境溫度的影響小，能夠提供更高的靈敏度和精度。
利用本發明提供的本體結構製作的傳感器，加速度(力)信號作用在質量塊上使膜片發生應變，利用膜片上的納米材料測出應變，從而可得出被測加速度信號的數值。
1.本發明是一種微型加速度傳感器件的本體結構，採用微納米相結合的新型結構形態；結構緊湊、尺寸小。
2.利用本發明提供的本體結構製作的傳感器受環境溫度影響小，能夠提供很高的檢測靈敏度和精度。
3.本發明提供的微型加速度傳感器件的本體製作方法工藝，主要提出採用電場誘導和離心力誘導生長碳納米材料的新方法。


圖1a是本發明的微型膜片式加速度傳感器的本體結構主剖面圖，圖中尺寸單位為微米圖1b是本發明的微型膜片式加速度傳感器的本體結構A-A剖面2是本發明通過計算得出的圓形膜片中心受力時，各點徑向應變分布狀態3是本發明使用的直流電橋電路簡4是實施例3中帶有質量塊的中間膜片的製作工藝，圖中尺寸單位為微米圖5是實施例3中下蓋的尺寸圖和製作工藝，圖中尺寸單位為微米圖6是實施例3製作的微型膜片式加速度傳感器中一維或二維納米材料的製作工藝流程7是本發明的另一實施例，實施例4的傳感器本體的製作流程8是膜片表面電極和引線的布置圖面說明1、上蓋；2、納米材料；3、膜片；4、質量塊5、保護塊； 6、下蓋；7、二氧化矽掩膜層； 8、中間層矽基片；9、催化劑鐵膜；10、金電極； 11、碳納米管； 12、絕緣層；13、上蓋或下蓋的矽基片； 14、坑；15、凸起圓環 16、沿具體實施方式
下面結合實施例及附圖詳細對本發明進行說明實施例1參考圖1，製作一微型膜片式加速度傳感器的本體，包括3塊雙面拋光的矽片、一塊為上蓋1、一塊為下蓋6、另一塊雙面拋光的矽片作為膜片3的基片；膜片3的矽基片厚度為240μm，半徑12mm；在該矽片上、下表面中心設置一厚度為240μm，半徑為5.6mm圓形質量塊4；在該矽片的周邊有一凸起圓環15，其圓環寬為2400μm，厚度為100μm，組成膜片3；在凸起圓環15內側和質量塊4外側相對稱處設置兩對碳納米管11。所述的上蓋1或下蓋6與矽的膜片3直徑大小相同，在上蓋1或下蓋6的周邊有一凸起沿16，其高度為100μm，沿16的寬度與矽膜片的凸起圓環15相同，並在上蓋1或下蓋6內的中心處設一凸起保護塊5，該保護塊5高度為40μm，半徑為5.6mm；在膜片3和碳納米管敏感元件11上製作4對金電極10和引線，金電極10的寬度為10微米，厚度300納米，每對電極的距離為2微米；膜片3處於上蓋1和下蓋6之間，鍵合在一起。通過引線引導，並採用壓焊工藝引出導線，將四對納米敏感元件兩端的電極按電橋形式連接，如圖3所示；在膜片3的外沿處排列兩個外電源埠(正、負極，如圖8所示)和兩個信號輸出埠。
實施例2參考圖1，製作一微型膜片式加速度傳感器的本體，包括3塊雙面拋光的矽片、一塊為上蓋1、一塊為下蓋6、另一塊雙面拋光的矽片作為膜片3的基片；其上蓋1、下蓋6和膜片3的結構同實施例1，區別在於膜片3的矽基片厚度為12μm，半徑600μm，在矽片上、下表面中心設置一厚度為12μm，半徑為280μm的圓形質量塊4；凸起圓環15寬為120μm，厚度為5μm；在凸起圓環15內側和質量塊4外側相對稱處分別設置兩對碳納米管11。上蓋1或下蓋6的周邊凸起一高度為5μm的沿16；保護塊5高度為2μm，半徑為280μm；在膜片3和碳納米管11上製作4對金電極10和引線，金電極10的寬度為1微米，厚度300納米，每對電極的距離為100納米。
實施例3本實施例結合具體的製造步驟，進一步說明本發明的結構1.採用光刻和刻蝕工藝，取3塊雙面拋光的矽片上，一塊製作出帶有質量塊的微結構膜片3膜片3內、外徑尺寸(Ri、Ro)分別為2.8毫米和4.8毫米，膜片3厚度為20微米，質量塊4的厚度為120微米。具體的工藝步驟如下(如圖4(a)～(e))(a)用熱氧法在雙面拋光的矽基片8的兩面，各生長一層300nm的二氧化矽掩膜層7，如圖4(a)所示；(b)甩膠光刻在步驟(a)做好的掩膜層7上甩一層光刻膠並圖形化作為掩膜，採用RIE技術刻蝕二氧化矽掩膜層7，刻蝕完畢後用丙酮去除光刻膠；(c)使用KOH溶液進行各向異性腐蝕，在基片上、下表面刻蝕出50微米深的坑14；(d)使用HF溶液腐蝕掉矽片上的二氧化矽掩模層7，形成帶有質量塊4的膜片3；(e)在步驟(d)得到的膜片3上表面均勻生長一層200nm厚的二氧化矽作為絕緣層12，保證後續製作的金電極10和引線能夠實現正常功能。
2.採用上述的工藝步驟製作本體的上蓋1，下蓋6其中上蓋的尺寸與下蓋完全相同，如圖5所示；(a)用熱氧法在雙面拋光的厚度為200μm的矽基片13上，生長300nm的二氧化矽掩膜層7；(b)甩膠光刻在矽基片13的掩膜層7上甩一層光刻膠作為掩膜層，採用RIE技術刻蝕二氧化矽掩膜層7，刻蝕完畢後用丙酮去除光刻膠。
(c)用KOH溶液進行各向異性腐蝕，在基矽片13表面刻蝕出30微米深的凹坑，如圖5(c)所示；(d)使用HF溶液去除二氧化矽掩模層7，如圖5(d)所示；(e)再在步驟(d)得到的基片上生長一層厚300nm二氧化矽掩膜層7，光刻圖形化，形成中間保護塊5的加工掩膜，如圖5(e)所示；(f)用KOH溶液繼續進行各向異性腐蝕，加工深度20微米，分別形成2個50微米的坑，並在中間凸起一個20μm高的保護塊5，半徑為100μm，如圖5(f)所示；(g)使用HF溶液去除二氧化矽掩模層，製成帶有保護塊5的矽的上蓋1和下蓋6，如圖5(g)所示。
3.在離心力誘導下，納米材料的製作工藝步驟，如圖6所示。
(a)選擇已做好的膜片3的對應位置，如圖6(a)所示的θ位置開始操作；(b)利用氧化鋁作為掩膜層，在膜片3上蒸鍍5nm厚的四對作為生長碳納米管的催化劑鐵膜9，每對催化劑鐵膜9的距離為1微米，如圖6(b)所示；(c)使整個微結構以中心為軸旋轉，在圖6(c)所示方向離心力的誘導下，利用CVD(化學氣相沉積)法在催化劑鐵膜9間生長出碳納米管11；(d)利用光刻膠圖形化，並採用金屬濺射工藝，在膜片3上生長的碳納米管11兩端製作4對金電極10和引線，金電極10寬度10微米，厚度300納米，每對電極的距離為1微米。電極和引線布置方法如圖8所示。
4.將帶有質量塊的膜片3、上蓋1和下蓋6鍵合在一起，並採用壓焊工藝引出導線，完成傳感器本體的製作，如圖6(e)所示。
本實施例的檢測電路選用高精度動態電阻應變儀。
本實施例製作的微型膜片式加速度傳感器的上限頻率約為300Hz；(幅值誤差小於0.5dB；相移小於3度)實施例4本實施例中敏感結構總體尺寸同實施例3，但本實施例採用由電極產生的電場誘導碳納米管生長的方法。具體的工藝步驟如下(參考圖7)1.採用光刻和刻蝕工藝，使用矽片製作出帶有質量塊的膜片3和上蓋1、下蓋6，尺寸、材料和工藝步驟同實施例1；2.採用電場誘導的方法，製作內置於膜片3的納米材料2，具體工藝步驟如圖7(a)-(f)所示。
(a)取已製備好的膜片3，選擇膜片3的對應位置，如圖7(a)中所示的θ位置開始操作；
(b)採用幹法各向異性刻蝕，在膜片3上準備生長納米材料的位置分別加工邊長和深度分別為2微米和3微米的方孔，如圖7(b)所示，數量共4個；(c)在帶有質量塊4的膜片3上表面生長200納米二氧化矽層，作為電極和引線的絕緣層12；(d)利用光刻圖形化和金屬濺射工藝，在膜片3和方孔的側邊製作4對金電極10和引線，金電極10寬度10微米，厚度300納米；(e)利用光刻圖形化和剝離(lift-off)工藝，在方孔的側邊蒸鍍5nm厚的四對鐵膜作為生長碳納米管的催化劑鐵膜9，如圖7(e)所示；(f)在金電極間加上一定的電壓，產生由膜片中心指向外的徑向電場，在電場力的誘導下，利用CVD(化學氣相沉積)法在催化劑鐵膜9間生長出碳納米管11；3.將帶有質量4的膜片3、上蓋和下蓋6鍵合在一起，並採用壓焊工藝引出導線，完成傳感器本體部分的製作，如圖7(g)所示。
權利要求
1.一種微型膜片式加速度傳感器的本體，包括膜片，金電極和引線封裝結構；其特徵在於，還包括上蓋、下蓋、位於膜片上的質量塊，及在膜片上分布排列的一維或二維納米材料；其中在所述的膜片上、下表面中心設一厚度為10μm-250μm，半徑為50μm-6mm圓形質量塊；在膜片的周邊有一凸起圓環，寬度為100μm-10mm，厚度為10μm-250μm；在凸起圓環內側和質量塊外側相對稱處分別設置兩對或M對一維或二維納米材料；所述的上蓋或下蓋與矽膜片直徑大小相同，在其周邊有一凸起圓環，其高度為10μm-500μm，寬度與膜片的凸起圓環相同，並在上蓋和下蓋內的中心處設一凸起保護塊，該保護塊高度為1μm-100μm，半徑為50μm-6mm；在膜片和一維或二維納米材料上製作N對金電極和引線；膜片處於上蓋、下蓋之間，鍵合在一起，並採用壓焊工藝引出導線。
2.按權利要求1所述的微型膜片式加速度傳感器，其特徵在於，所述的膜片、上蓋和下蓋是用矽片製作的，三者直徑相同。
3.按權利要求1所述的微型膜片式加速度傳感器，其特徵在於，所述的膜片半徑為100μm-10mm。
4.按權利要求1所述的微型膜片式加速度傳感器中的本體，其特徵在於所述的N對金電極，其中N為整數。
5.按權利要求1所述的微型膜片式加速度傳感器的本體，其特徵在於所述的兩對或M對一維或二維納米材料，包括碳或金屬化合物形成的納米管、納米線和納米帶，其一維或二維納米材料的長度為10nm-100μm；所述的M對一維或二維納米材料的M為2以上的正整數。
6.按權利要求5所述的微型膜片式加速度傳感器的本體，其特徵在於，所述的金屬化合物包括氧化鋅、氧化鎵或氮化鎵。
7.按權利要求1所述的微型膜片式加速度傳感器的本體，其特徵在於，所述的一維或二維納米材料在膜片上的位置分布是根據質量塊受到加速度信號後引起的膜片上各點徑向和切向應變的數值來確定的。
8.一種權利要求1所述的微型膜片式加速度傳感器的本體的製造方法，其特徵在於包括以下步驟1)選取雙面拋光的矽片3塊，分別作為下蓋，上蓋和膜片的基片，用熱氧法分別在下蓋，上蓋的一面，和在製作膜片的基片兩面生長二氧化矽掩模層；2)在步驟1)生長有二氧化矽掩模層的基片的上、下表面採用光刻圖形化和各向異性刻蝕工藝，製作中間凸出一圓形質量塊，和在該矽片圓周刻蝕成凸起一圓環，質量塊和圓環之間的薄膜厚度為1μm-50μm；3)溶解掉矽片上的二氧化矽掩模層，得到帶有質量塊的膜片；4)在步驟3)製作好的膜片表面均勻生長一層二氧化矽作為電氣絕緣層，保證後續製作的電極和引線能夠實現正常功能；5)將步驟1)製作好的帶二氧化矽掩模層的下蓋和上蓋分別以光刻膠作為掩膜，採用RIE技術刻蝕二氧化矽，形成二氧化矽掩模層，刻蝕完畢後去膠；6)將步驟5)得到的下蓋和上蓋進行各向異性刻蝕，在矽片表面刻蝕出10μm-400μm深的坑，然後去掉二氧化矽掩模層；7)在下蓋和上蓋表面生長300nm二氧化矽，光刻圖形化，形成中間保護塊的加工掩膜；採用各向異性刻蝕，加工深度1μm-100μm，形成10μm-500μm的坑；去除二氧化矽掩模層7；8)在膜片的電極間製作一維或二維納米材料包括原位直接催化生長或將單獨製備的材料移植至膜片之上；(a)取步驟4)制好的膜片，選擇中間膜片層的對應位置開始操作；(b)利用氧化鋁作為掩膜，在膜片上蒸鍍5nm厚的四對鐵膜作為生長碳納米管的催化劑，每對鐵膜的距離為10nm-100μm；(c)使整個微結構以中心為軸旋轉，在離心力的誘導下，利用化學氣相沉積法在催化劑膜間生長出一維或二維納米材料；(d)利用光刻圖形化，並採用金屬濺射工藝，在膜片上生長的碳納米管兩端製作N對金電極和引線，金電極寬度1μm-10μm，厚度300納米，每對電極的距離為10nm-100μm；通過引線引導，將四對納米敏感元件兩端的電極按照電橋形式連接，並在中間膜片層的外凸起圓環處排列為兩個外電源埠和兩個信號輸出埠；9)將做好的帶有質量塊的膜片、上蓋和下蓋鍵合在一起，並採用壓焊工藝引出導線，完成傳感器本體的製作。
9.按權利要求8所述的微型膜片式加速度傳感器的本體的製造方法，其特徵在於，所述的原位直接催化生長一維或二維納米材料的方法，包括利用定向生長法在膜片的電極間製作作為檢測元件的納米材料，或使整個微結構以中心為軸旋轉，在離心力的誘導下，利用化學氣相沉積方法在電極間生長出納米材料。
10.按權利要求8所述的微型膜片式加速度傳感器的本體的製造方法，其特徵在於，所述的原位直接催化生長一維或二維納米材料的方法，包括在微結構上製作一個微槽，並在微槽的兩個側面製作一對電極。在電極間加一定的電壓，使產生的電場方向與要生長的納米材料的方向一致，在電場力的誘導下，利用化學氣相沉積方法在電極間生長出納米材料。
全文摘要
本發明涉及一種微型膜片式加速度傳感器的本體以及製備方法，該本體包括矽膜片和上蓋、下蓋，金電極和引線封裝結構；其中在矽膜片上、下表面中心設置一圓形質量塊；在矽膜片的周邊有一凸起圓環，在凸起圓環內側和質量塊外側相對稱處設置兩對一維或二維納米材料；上蓋或下蓋的周邊有一凸起圓環，並在上蓋或下蓋內的中心處設一凸起保護塊，在膜片和納米敏感元件上製作N對金電極和引線；膜片處於上蓋、下蓋之間，鍵合在一起，並採用壓焊工藝引出導線。本發明的製造工藝包括在離心力或電極電場誘導下，採用化學氣相沉積工藝實現納米材料在微結構上的定向、可控生長。根據本發明的這種微型膜片式加速度傳感器具有很高的靈敏度，並可進行批量生產。
文檔編號G01D5/16GK1818665SQ20051000763
公開日2006年8月16日 申請日期2005年2月7日 優先權日2005年2月7日
發明者周兆英, 楊興, 肖名飛 申請人:清華大學