CN102778503A - 一种声表面波气体传感器及其制造方法 - Google Patents

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李冬梅
侯成诚
闫学峰
周文
汪幸
刘明
谢常青
叶甜春
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Abstract

本发明公开了一种声表面波气体传感器及其制造方法，所述声表面波气体传感器包括：基底、同时设置在所述基底上的阵列式插指换能器和外围电路；其中，所述基底部分镀有压电薄膜；所述阵列式插指换能器设置于所述压电薄膜之上；所述阵列式插指换能器中除两端的插指换能器之外均覆盖有保护膜；所述阵列式插指换能器中两端的插指换能器分别连接所述外围电路构成回路；所述外围电路设置于未镀有所述压电薄膜的基底部分。通过本发明实施例，可以实现将表面波器件及其外围电路同时设置于同一基片上。

Description

一种声表面波气体传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及传感器制造技术领域，特别涉及一种声表面波气体传感器及其制造方法。
背景技术
随着科技、工业的发展，环境污染越来越严重，如何检测气体、监测环境，及时获知环境中气体的浓度，也越来越受到人们的关注。声表面波技术综合了物理、材料、微电子、信号处理等众多学科，是新型传感器技术领域引人注目的一个分支，也是继陶瓷、半导体和光纤等传感器之后的后起之秀。与其他类型的气体传感器相比，声表面波气体传感器具有高精度、高灵敏度、便于大量生产、体积小、重量轻、功耗低、结构工艺好等优点。
在声表面波气体传感器中，声表面波器件的设计是至关重要的一部分。目前所制作的声表面波器件通常是以SiO2为基底，用Al牺牲层工艺制作插指换能器，从而制作延迟线型或谐振型的声表器件。
基于以上方法制作的声表面波器件，在应用时还要在声表面波器件的基础之上增加外围电路，但该外围电路在便携式传感器中会占有一定的体积，且如何将气室、声表面波器件及外围电路三者合理分配，会给设计者带来较大困难。理论上，将外围电路和声表面波器件制作在同一基片上，便可以解决以上不足，但外围电路的制作是基于MEMS技术工艺，且是在Si基片上完成的，Si基片不具有压电特性，而声表面波器件只能是在压电特性较好的SiO2等基片上制作。
因此，如何在同一基片上既有MEMS技术制作出的声表器件外围电路部分，又有插指换能器等的声表面波器件部分，一直是声表面波气体传感器上的一大难题。
发明内容
本发明提供了一种声表面波气体传感器及其制造方法，以实现将表面波器件及其外围电路同时设置于同一基片上。
一种声表面波气体传感器，包括：基底、同时设置在所述基底上的阵列式插指换能器和外围电路；其中，
所述基底部分镀有压电薄膜；
所述阵列式插指换能器设置于所述压电薄膜之上；所述阵列式插指换能器中除两端的插指换能器之外均覆盖有保护膜；所述阵列式插指换能器中两端的插指换能器分别连接所述外围电路构成回路；
所述外围电路设置于未镀有所述压电薄膜的基底部分。
优选的，所述基底为无压电性材料。
优选的，所述基底为Si。
优选的，所述压电薄膜为多层。
优选的，所述压电薄膜为ZnO。
优选的，所述阵列式插指换能器材料包括：Al、Au或Pt。
优选的，所述保护膜为SiO2。
一种声表面波气体传感器的制造方法，包括：
选取基底；
在所述基底的一部分镀压电薄膜；
在所述压电薄膜上镀插指材料；
由所述插指材料形成阵列式插指换能器；
在所述插指换能器上镀保护膜；
在未镀压电薄膜的基底上制作外围电路；
刻蚀所述保护膜，露出所述阵列式插指换能器中两端的插指换能器；
将所述两端的插指换能器分别连接所述外围电路构成回路。
优选的，所述基底为无压电性材料。
优选的，所述基底为Si。
优选的，所述压电薄膜为多层。
优选的，所述压电薄膜为ZnO。
优选的，所述阵列式插指换能器材料包括：Al、Au或Pt。
优选的，所述保护膜为SiO2。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明实施例中，通过在无压电性的基底的一部分镀压电薄膜，在压电薄膜上制作插指换能器，将该插指换能器进行保护后，继续在无压电薄膜的部分制作外围电路，最后打开保护膜引出插指电极，将插指电极与外围电路相连接，实现将将表面波器件及其外围电路同时设置于同一基片上，从而，大大减小声表面波气体传感器的体积。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种声表面波气体传感器结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种声表面波气体传感器的制造方法流程示意图；
图3为本发明实施例提供的部分镀有压电薄膜的基底示意图；
图4为本发明实施例提供的镀插指材料之后的基底示意图；
图5为本发明实施例提供的形成阵列式插指换能器之后的基底示意图；
图6为本发明实施例提供的镀保护膜之后的基底示意图；
图7为本发明实施例提供的制造外围电路之后的基底示意图；
图8为本发明实施例提供的刻蚀保护膜之后的基底示意图；
图9为本发明实施例提供的插指换能器与外围电路连接的示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明的处理方法可以被广泛地应用于各个领域中，并且可利用许多适当的材料制作，下面是通过具体的实施例来加以说明，当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的普通技术人员所熟知的一般的替换无疑地涵盖在本发明的保护范围内。
其次，本发明利用示意图进行了详细描述，在详述本发明实施例时，为了便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，不应以此作为对本发明的限定，此外，在实际的制作中，应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
实施例一
本发明提出了一种声表面波气体传感器，以实现将表面波器件及其外围电路同时设置于同一基片上。如图1所示，该传感器具体可以包括：基底101、同时设置在所述基底101上的阵列式插指换能器102和外围电路103；其中，
所述基底101部分镀有压电薄膜104；
所述阵列式插指换能器102设置于所述压电薄膜104之上；所述阵列式插指换能器102中除两端的插指换能器(1021和1022)之外均覆盖有保护膜105；所述阵列式插指换能器102中两端的插指换能器(1021和1022)分别连接所述外围电路103构成回路；
所述外围电路103设置于未镀有所述压电薄膜的基底部分。
本发明实施例中，通过在无压电性的基底的一部分镀压电薄膜，在压电薄膜上制作插指换能器，将该插指换能器进行保护后，继续在无压电薄膜的部分制作外围电路，最后打开保护膜引出插指电极，将插指电极与外围电路相连接，实现将将表面波器件及其外围电路同时设置于同一基片上，从而，同现有技术相比，可以大大减小声表面波气体传感器的体积。
由于外围电路需要在不具有压电特性的基片上制作，因此，本发明实施例中，所述基底为无压电性材料。通常，该无压电性材料可以为Si。外围电路的制造工艺仍可采用MEMS工艺。
此外，由于声表面波器件需要在具有压电特性的基片上制作，因此，为了实现将表面波器件及其外围电路同时设置于同一基片上，需要在设置表面波器件的基底部分镀压电薄膜。通常，所述压电薄膜为诸如ZnO的具有压电性的材料。通过镀压电薄膜，使得原本不具有压电特性的基底具有压电性。
具体实施时，为了增强基底的压电特性，可以在基底上反复镀多层压电材料。所需压电材料的具体层数，可由本领域技术人员根据实际应用场景进行具体设置。
所述阵列式插指换能器材料可以包括诸如Al、Au或Pt等吸附气体的材料。
需要说明的是，覆盖在阵列式插指换能器上的保护膜通常可以是SiO2，目的在于，保护插指换能器不会在制作外围电路的工艺中受到损伤。
实施例二
本发明实施例中，示出了上述声表面波气体传感器的制造方法，如图2所示，该方法可以包括以下处理步骤：
步骤101、选取基底；
步骤102、在所述基底的一部分镀压电薄膜，部分镀有压电薄膜的基底如图3所示，其中1所示为基底，2所示为压电镀膜；
步骤103、在所述压电薄膜上镀插指材料，镀插指材料之后的基底如图4所示，其中3所示为插指材料；
步骤104、由所述插指材料形成阵列式插指换能器，如图5所示，其中，4所示为阵列式插指换能器；
步骤105、在所述插指换能器上镀保护膜，如图6所示，其中，5为保护膜；
步骤106、在未镀压电薄膜的基底上制作外围电路，如图7所示，其中，6为外围电路；
步骤107、刻蚀所述保护膜，露出所述阵列式插指换能器中两端的插指换能器，如图8所示，其中，40、41分别为所述阵列式插指换能器中两端的插指换能器；
步骤108、将所述两端的插指换能器分别连接所述外围电路构成回路，如图9所示。该具体连接方式可以采用金丝点焊的方式进行所述两端的插指换能器与所述外围电路之间的连接。
本发明实施例中，通过在无压电性的基底的一部分镀压电薄膜，在压电薄膜上制作插指换能器，将该插指换能器进行保护后，继续在无压电薄膜的部分制作外围电路，最后打开保护膜引出插指电极，将插指电极与外围电路相连接，实现将将表面波器件及其外围电路同时设置于同一基片上，从而，同现有技术相比，可以大大减小声表面波气体传感器的体积。
由于外围电路需要在不具有压电特性的基片上制作，因此，本发明实施例中，所述基底为无压电性材料。通常，该无压电性材料可以为Si。外围电路的制造工艺仍可采用MEMS工艺。
此外，由于声表面波器件需要在具有压电特性的基片上制作，因此，为了实现将表面波器件及其外围电路同时设置于同一基片上，需要在设置表面波器件的基底部分镀压电薄膜。通常，所述压电薄膜为诸如ZnO的具有压电性的材料。通过镀压电薄膜，使得原本不具有压电特性的基底具有压电性。
具体实施时，为了增强基底的压电特性，可以在基底上反复镀多层压电材料。所需压电材料的具体层数，可由本领域技术人员根据实际应用场景进行具体设置。
所述阵列式插指换能器材料可以包括诸如Al、Au或Pt等吸附气体的材料。
需要说明的是，覆盖在阵列式插指换能器上的保护膜通常可以是SiO2，目的在于，保护插指换能器不会在制作外围电路的工艺中受到损伤。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (14)

1.一种声表面波气体传感器，其特征在于，包括：基底、同时设置在所述基底上的阵列式插指换能器和外围电路；其中，
所述基底部分镀有压电薄膜；
所述阵列式插指换能器设置于所述压电薄膜之上；所述阵列式插指换能器中除两端的插指换能器之外均覆盖有保护膜；所述阵列式插指换能器中两端的插指换能器分别连接所述外围电路构成回路；
所述外围电路设置于未镀有所述压电薄膜的基底部分。
2.根据权利要求1所述的声表面波气体传感器，其特征在于，所述基底为无压电性材料。
3.根据权利要求2所述的声表面波气体传感器，其特征在于，所述基底为Si。
4.根据权利要求1所述的声表面波气体传感器，其特征在于，所述压电薄膜为多层。
5.根据权利要求1所述的声表面波气体传感器，其特征在于，所述压电薄膜为ZnO。
6.根据权利要求1所述的声表面波气体传感器，其特征在于，所述阵列式插指换能器材料包括：Al、Au或Pt。
7.根据权利要求1所述的声表面波气体传感器，其特征在于，所述保护膜为SiO2。
8.一种声表面波气体传感器的制造方法，其特征在于，包括：
选取基底；
在所述基底的一部分镀压电薄膜；
在所述压电薄膜上镀插指材料；
由所述插指材料形成阵列式插指换能器；
在所述插指换能器上镀保护膜；
在未镀压电薄膜的基底上制作外围电路；
刻蚀所述保护膜，露出所述阵列式插指换能器中两端的插指换能器；
将所述两端的插指换能器分别连接所述外围电路构成回路。
9.根据权利要求8所述的声表面波气体传感器的制造方法，其特征在于，所述基底为无压电性材料。
10.根据权利要求9所述的声表面波气体传感器的制造方法，其特征在于，所述基底为Si。
11.根据权利要求8所述的声表面波气体传感器的制造方法，其特征在于，所述压电薄膜为多层。
12.根据权利要求8所述的声表面波气体传感器的制造方法，其特征在于，所述压电薄膜为ZnO。
13.根据权利要求8所述的声表面波气体传感器的制造方法，其特征在于，所述阵列式插指换能器材料包括：Al、Au或Pt。
14.根据权利要求8所述的声表面波气体传感器的制造方法，其特征在于，所述保护膜为SiO2。
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