CN109752078A - 声学矢量传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种声学矢量传感器及其制造方法，涉及声学传感器领域，该声学矢量传感器包括：基板，该基板上形成有凹槽；跨设在凹槽的两侧、且设置在基板上的一对感测条带，该一对感测条带包括承载绝缘部和石墨烯膜；设置在基板上的第一电极、第二电极和第三电极。通过电极向石墨烯膜施加电流时产生热量，石墨烯膜会由于声波引起其周围空气扰动而导致温度变化，进而石墨烯膜发生电阻值变化，通过检测电阻值变化能够测量声质点振速的大小，从而实现对声波的检测。该声学矢量传感器的结构能够由与微机电系统技术兼容的方法来制备，并且能够实现微型化。

Description

声学矢量传感器及其制造方法

技术领域

本发明涉及声学传感器领域，具体涉及一种声学矢量传感器及其制造方法。

背景技术

由于微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)技术与常规的半导体制造技术兼容，因此MEMS技术迅速发展起来。MEMS具有微型化、智能化、高集成度、多功能以及适于大批量生产等众多优点，并且基于MEMS的各种电子设备得到广泛研究和关注。

声音是空气媒介的质点振动传播，可以通过声压、声质点振速和声阻抗来描述声场特性。传统的声学传感器通常通过测量声压来实现对声音的感测，并且结构上通常需要振膜式装置来测量声压。

然而，传统的声学传感器的制备难以与MEMS技术兼容，并且难以实现微型化。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种声学矢量传感器及其制造方法，以解决声学传感器难以实现微型化的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种声学矢量传感器，包括：

基板，该基板上形成有凹槽；

跨设在凹槽的两侧、且设置在基板上的一对感测条带，该一对感测条带包括承载绝缘部和石墨烯膜，承载绝缘部用于承载石墨烯膜并且使石墨烯膜与基板绝缘；

设置在基板上的第一电极、第二电极和第三电极，第一电极位于凹槽的所述两侧中的一侧，第二电极和第三电极位于凹槽的所述两侧中的另一侧，并且第一电极、第二电极和第三电极通过电极绝缘部与基板绝缘；

该一对感测条带包括第一感测条带和第二感测条带，第一感测条带与第二感测条带相互平行，并且第一感测条带与第二感测条带之间的距离为预定距离，第一感测条带的第一端和第二感测条带的第一端均与第一电极连接，第一感测条带的第二端与第二电极连接，并且第二感测条带的第二端与第三电极连接。

可选地，预定距离的范围为50微米至350微米。

可选地，石墨烯膜为单层石墨烯或双层石墨烯。

可选地，承载绝缘部和电极绝缘部由同一材料层形成。

可选地，承载绝缘部和/或电极绝缘部的材料为二氧化硅或氮化硅。

第二方面，本发明实施例还提供了一种声学矢量传感器的制造方法，包括：

提供基板；

在基板上形成一对感测条带、第一电极、第二电极和第三电极，该一对感测条带包括承载绝缘部和石墨烯膜，承载绝缘部用于承载石墨烯膜并且使石墨烯膜与基板绝缘，该一对感测条带包括第一感测条带和第二感测条带，第一感测条带与第二感测条带相互平行，并且第一感测条带与第二感测条带之间的距离为预定距离，第一电极、第二电极和第三电极通过电极绝缘部与基板绝缘，第一感测条带的第一端和第二感测条带的第一端均与第一电极连接，第一感测条带的第二端与第二电极连接，并且第二感测条带的第二端与第三电极连接；

在基板上形成凹槽，凹槽位于该一对感测条带的下方，使得该一对感测条带跨设在凹槽的两侧，第一电极位于凹槽的所述两侧中的一侧，第二电极和第三电极位于凹槽的所述两侧中的另一侧。

可选地，承载绝缘部和电极绝缘部由同一材料层形成，

所述在基板上形成一对感测条带、第一电极、第二电极和第三电极，包括：

在基板上沉积绝缘层；

将铜基石墨烯转移到绝缘层上并进行固化，以形成石墨烯层；

在石墨烯层上形成第一电极、第二电极和第三电极；

图案化石墨烯层的露出部分，以形成石墨烯膜；

图案化绝缘层的露出部分，以使基板上用于形成凹槽的区域未被绝缘层覆盖。

可选地，所述在石墨烯层上形成第一电极、第二电极和第三电极，包括：

在石墨烯层上旋涂光刻胶膜；

图案化光刻胶膜；

在经图案化的光刻胶膜上沉积金属电极层；

去除经图案化的光刻胶膜，从而形成第一电极、第二电极和第三电极。

可选地，基板为硅基板，

所述在基板上形成凹槽，包括：

利用二氟化氙气体蚀刻硅基板，以形成凹槽。

可选地，石墨烯膜为单层石墨烯或双层石墨烯。

本发明的有益效果包括：

本发明实施例提供的声学矢量传感器包括：基板，该基板上形成有凹槽；跨设在凹槽的两侧、且设置在基板上的一对感测条带，该一对感测条带包括承载绝缘部和石墨烯膜；设置在基板上的第一电极、第二电极和第三电极；该一对感测条带包括第一感测条带和第二感测条带，第一感测条带的第一端和第二感测条带的第一端均与第一电极连接，第一感测条带的第二端与第二电极连接，并且第二感测条带的第二端与第三电极连接。通过第二电极和第三电极向石墨烯膜施加电流时产生热量，石墨烯膜会由于声波引起其周围空气扰动而导致温度变化，进而石墨烯膜发生电阻值变化，通过连接第一电极检测电阻值变化能够测量声质点振速的大小，从而实现对声波的检测。该声学矢量传感器的结构能够由与微机电系统技术兼容的方法来制备，能够实现微型化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一实施例提供的声学矢量传感器的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的声学矢量传感器的制造方法的流程示意图；

图3为本发明一实施例提供的在制造声学矢量传感器过程中形成石墨烯层之后的层级结构图；

图4为本发明一实施例提供的在制造声学矢量传感器过程中形成电极之后的俯视图；

图5为本发明一实施例提供的在制造声学矢量传感器过程中进行用于形成一对感测条带的光刻显影之后的俯视图；

图6为图5的AA剖视图；

图7至图11为本发明一实施例提供的在图5所示结构基础上来制造声学矢量传感器的过程的AA剖视图。

图标：100-基板；101-凹槽；102-一对感测条带；1021-第一感测条带；1022-第二感测条带；103-第一电极；104-第二电极；105-第三电极；110-绝缘层；120-石墨烯层；130-光刻胶条带；1201-石墨烯条带部；140-保护光刻胶；1101-第一绝缘部；1102-第二绝缘部。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

传统的声压传声器主要依靠振膜将声波转化成机械振动，再将振膜的机械振动转化为电信号。不同于换能式的传声器，声质点振速传感器是利用声波对热场的扰动来进行传感。针对声音的检测，本发明实施例提供了一种新型测量声质点振速的声学矢量传感器，该声学矢量传感器是与MEMS技术兼容的传感器件。

图1为本发明一实施例提供的声学矢量传感器的结构示意图，如图1所示，该声学矢量传感器包括：基板100，基板100上形成有凹槽101；跨设在凹槽101的两侧、且设置在基板100上的一对感测条带102，该一对感测条带102包括承载绝缘部和石墨烯膜，承载绝缘部用于承载石墨烯膜并且使石墨烯膜与基板100绝缘；设置在基板100上的第一电极103、第二电极104和第三电极105，第一电极103位于凹槽101的所述两侧中的一侧，第二电极104和第三电极105位于凹槽101的所述两侧中的另一侧，并且第一电极103、第二电极104和第三电极105通过电极绝缘部与基板100绝缘；该一对感测条带102包括第一感测条带1021和第二感测条带1022，第一感测条带1021与第二感测条带1022相互平行，并且第一感测条带1021与第二感测条带1022之间的距离为预定距离，第一感测条带1021的第一端和第二感测条带1022的第一端均与第一电极103连接，第一感测条带1021的第二端与第二电极104连接，并且第二感测条带1022的第二端与第三电极105连接。

如图1所示，第一感测条带1021和第二感测条带1022均由承载绝缘部和石墨烯膜构成，承载绝缘部位于石墨烯膜的下方。由于石墨烯膜通常很薄，特别是采用单层或双层石墨烯作为石墨烯膜时，石墨烯膜的厚度大小仅为几个原子直径量级(通常为几个纳米)，因此难以在凹槽101上方实现自支撑，因此需要设置与石墨烯膜粘附的承载绝缘部来支撑石墨烯膜。第一感测条带1021和第二感测条带1022的两端设置在基板100上，在基板100为导体或半导体的情况下，承载绝缘部还用于使石墨烯膜与基板100绝缘。

另外，在基板100为导体或半导体的情况下，为了防止第一电极103、第二电极104以及第三电极105之间短路，分别在第一电极103、第二电极104以及第三电极105与基板100之间设置有电极绝缘部。

可以通过将第二电极104和第三电极105与电源连接，从而提供流经第一感测条带1021和第二感测条带1022的石墨烯膜的电流，从而第一感测条带1021和第二感测条带1022产生热量，当电流恒定时，第一感测条带1021和第二感测条带1022以及其周围空气热量恒定。当存在外界声波激励时，由于受到空气流动的扰动，第一感测条带1021与第二感测条带1022将会通过空气间隙发生热量传递，从而引起第一感测条带1021与第二感测条带1022之间的温度差异。对于石墨烯膜而言，这种温度差变化会引起与之成比例的电阻值变化，可以通过将第一电极103与外部的信号检测电路(例如，惠斯通电桥)连接，可以对该电阻值变化进行检测，从而得到空气流的震荡速度，即声质点振速。

如图1所示，基板100可以为导体、半导体或者绝缘体基板，只要能够通过MEMS技术在基板100上设置绝缘层并且可以在基板100上的特定区域上蚀刻凹槽即可，本发明实施例对此不作限定。优选地，基板100可以为半导体基板，更优选地，基板100可以为硅基板。

承载绝缘部和电极绝缘部的材料可以相同，也可以不同。为了方便制造，减少工艺步骤，承载绝缘部和电极绝缘部可以由同一材料层同时形成。承载绝缘部和/或电极绝缘部的材料可以为二氧化硅或氮化硅。可以通过低压力化学气相沉积(Low Pressure ChemicalVapor Deposition，LPCVD)、气相外延(Vapour Phase pitaxy，VPE)、等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)等方式来设置二氧化硅或氮化硅层。

在承载绝缘部上设置有石墨烯膜。石墨烯是一种由碳原子组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的电学和热学特性。石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm²/(V·s)，这一数值超过了硅材料的10倍。石墨烯具有非常好的热传导性能。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，高于单壁碳纳米管(3500W/mK)和多壁碳纳米管(3000W/mK)。当石墨烯作为载体时，导热系数也可达600W/mK。

石墨烯的常规生产方法可以包括机械剥离法、氧化还原法、外延生长法、化学气相沉积法。其中，化学气相沉积法是使用含碳有机气体为原料进行气相沉积制得石墨烯薄膜的方法。在本发明实施例中，石墨烯膜由将铜基石墨烯经转移至承载绝缘层上进行固化，然后图案化后得到的。铜基石墨烯采用化学气相沉积法，在超高纯铜箔表面通过高温化学反应，沉积不同原子层厚度的石墨烯薄膜。经转移后，可应用于不同的产品上。铜基石墨烯可以实现单层、双层或更多层的石墨烯。铜基石墨烯薄膜的完整性高，单层覆盖率高，导电性好，迁移率可达约6000cm²/(V·s)。

本发明实施例中，石墨烯膜可以为单层石墨烯、双层石墨烯或更多层的石墨烯。可选地，石墨烯膜可以为单层石墨烯或双层石墨烯。

第一感测条带1021和第二感测条带1022的长度相等，本发明实施例对第一感测条带1021和/或第二感测条带1022的长度不作具体限定。可选地，第一感测条带1021和第二感测条带1022的长度范围可以为500微米至1500微米，例如，第一感测条带1021和第二感测条带1022的长度可以为500微米、750微米、1000微米、1250微米或1500微米。第一感测条带1021和第二感测条带1022的宽度范围可以为1微米至5微米，例如，第一感测条带1021和第二感测条带1022的宽度可以为1微米、2微米、3微米、4微米或5微米。

当存在外界声波激励时，为了使第一感测条带1021与第二感测条带1022由于受到空气流动的扰动而发生热量传递，第一感测条带1021与第二感测条带1022之间的距离为预定距离。该预定距离的取值范围为50微米至350微米，可选地，该预定距离的取值范围为100微米至200微米。例如，该预定距离可以为50微米、100微米、150微米、200微米、250微米、300微米或350微米。

如图1所示，第一电极103与第一感测条带1021和第二感测条带1022在凹槽101的同一侧的一端共同连接，用作信号输出端。第二电极104和第三电极105与第一感测条带1021和第二感测条带1022在凹槽101的另外一侧的一端分别连接，用作向第一感测条带1021和第二感测条带1022施加电流的电源供应端。虽然图1中示出了第一感测条带1021和第二感测条带1022与信号输出端连接的一端在凹槽101的同一侧，但是可选地，第一感测条带1021和第二感测条带1022与信号输出端连接的一端可以在凹槽101的不同侧，在此情况下，第一感测条带1021和第二感测条带1022的另一端分别与电源供应端连接，并且在此情况下，需要另外的导线将位于凹槽101的不同侧的信号输出端连接在一起。为了便于第一感测条带1021和第二感测条带1022分别与对应的电极连接，可以使第一感测条带1021和第二感测条带1022的石墨烯膜延伸至形成电极的区域，也就是说，在电极与其电极绝缘部之间还存在石墨烯膜，从而实现第一感测条带1021和第二感测条带1022与对应电极的良好接触。

如图1所示的情况下，第一电极103、第二电极104和第三电极105的形状例如可以为矩形，具体地，第一电极103、第二电极104和第三电极105的形状例如可以为边长为200微米的方形，本发明实施例对此不作限制。

第一电极103、第二电极104和第三电极105的材质可以为任何金属，例如，可以为如下中的任何一种或多种：金、银、铜、镍、钛、铝、铂及其合金。可以通过溅射、电子束蒸发、热蒸发等方式来制备电极。

凹槽101位于与第一感测条带1021和第二感测条带1022下方，并且位于第一感测条带1021和第二感测条带1022两端连接的电极之间。本发明实施例对凹槽101在垂直于第一感测条带1021和第二感测条带1022的延伸方向的深度和宽度不作限制。凹槽101在基板100表面的投影形状可以矩形。为了实现良好的效果，优选地，第一感测条带1021和第二感测条带1022的深度和宽度在工艺允许范围内尽量大。

综上所述，本发明实施例提供的声学矢量传感器包括：基板100，该基板100上形成有凹槽101；跨设在凹槽101的两侧、且设置在基板100上的一对感测条带102，该一对感测条带102包括承载绝缘部和石墨烯膜；设置在基板100上的第一电极103、第二电极104和第三电极105；该一对感测条带102包括第一感测条带1021和第二感测条带1022，第一感测条带1021的第一端和第二感测条带1022的第一端均与第一电极103连接，第一感测条带1021的第二端与第二电极104连接，并且第二感测条带1022的第二端与第三电极105连接。通过第二电极104和第三电极105向石墨烯膜施加电流时产生热量，石墨烯膜会由于声波引起其周围空气扰动而导致温度变化，该温度变化影响了石墨烯膜的电子输运特性，从而石墨烯膜发生电阻值变化，通过连接第一电极103检测该电阻值变化能够测量声质点振速的大小，从而实现对声波的检测。该声学矢量传感器的结构能够由与微机电系统技术兼容的方法来制备，能够实现微型化。另外，该声学矢量传感器具有与频率无关的‘8’字形指向性。

图2为本发明一实施例提供的声学矢量传感器的制造方法的流程示意图，如图2所示，该方法包括：

步骤201、提供基板。

如上文所述，基板为导体、半导体或者绝缘体基板，只要能够通过MEMS技术在基板上设置绝缘层并且可以在基板上的特定区域上蚀刻凹槽即可。例如，基板可以为硅基板。

在本发明实施例的如下描述中，以硅基板为例来描述制造过程。

首先可以采用常规MEMS工艺中的清洗工艺对硅基板进行清洗。例如，采用有机溶剂去除硅基板表面油污，采用去离子水对硅基板进行洗涤。然后烘干硅基板，用于进行后续工艺。

步骤202、在基板上形成一对感测条带、第一电极、第二电极和第三电极。

其中，该一对感测条带包括承载绝缘部和石墨烯膜，承载绝缘部用于承载石墨烯膜并且使石墨烯膜与基板绝缘，该一对感测条带包括第一感测条带和第二感测条带，第一感测条带与第二感测条带相互平行，并且第一感测条带与第二感测条带之间的距离为预定距离，第一电极、第二电极和第三电极通过电极绝缘部与基板绝缘，第一感测条带的第一端和第二感测条带的第一端均与第一电极连接，第一感测条带的第二端与第二电极连接，并且第二感测条带的第二端与第三电极连接。

在提供基板之后，可以在基板可以通过LPCVD、PECVD等方式在硅基板上沉积绝缘层。如上文所述，绝缘层的材质可以为二氧化硅或者氮化硅。然后将铜基石墨烯转移到绝缘层上并进行固化，以形成石墨烯层。

将铜基石墨烯转移到绝缘层上并进行固化以形成石墨烯层的具体过程如下：取旋涂了聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate，PMMA)的铜基底石墨烯一片，裁剪成预定大小的规则形状；取一定体积的铜箔刻蚀液于培养皿，将裁剪好的铜基底石墨烯放于铜箔刻蚀液的上表面；刻蚀一定时间，直至铜箔被刻蚀干净，然后用聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate，PET)基片将刻蚀完成后的石墨烯+PMMA层转移至去离子水中多次清洗；清洗完成后，用沉积有绝缘层的基板捞起PMMA+石墨烯层；将转移后的基片放于烘干器烘干，待自然冷却后，放于丙酮里去除PMMA，从而将石墨烯层从铜基底转移到沉积有绝缘层的基板上。优选地，转移的石墨烯膜为单层石墨烯或双层石墨烯。

转移石墨烯层后的结构如图3所示，在图3中，基板100上依次设置有绝缘层110和石墨烯层120。

承载绝缘部和电极绝缘部可以由同一材料层(绝缘层110)来形成，在此情况下，可以在石墨烯层120上形成第一电极103、第二电极104和第三电极105。另外，承载绝缘部和电极绝缘部也可以由不同的材料层来形成，在此情况下，需要增加额外的沉积和光刻步骤。

下文中的过程针对承载绝缘部和电极绝缘部由同一材料层(绝缘层110)形成的情况进行描述。

在石墨烯层120上形成第一电极103、第二电极104和第三电极105时，可以采用沉积金属层之后进行光刻腐蚀部分金属，以得到具有预定形状的金属电极，或者也可以采用剥离工艺，也就是首先在石墨烯层120上旋涂光刻胶膜，然后图案化光刻胶膜，在经图案化的光刻胶膜上沉积金属电极层，利用丙酮等有机溶剂去除经图案化的光刻胶膜，从而光刻胶膜连同光刻胶膜上沉积的金属电极层一同被去除，从而形成了第一电极103、第二电极104和第三电极105。

在石墨烯层120上形成第一电极103、第二电极104和第三电极105之后的俯视图如图4所示。其中，第一电极103与第二电极104和第三电极105之间的距离L对应于待形成的一对感测条带的长度。

然后，图案化石墨烯层120的露出部分，以形成石墨烯膜。具体地，如图5和图6所示，首先在用于形成一对感测条带的位置处在石墨烯层120形成光刻胶条带130，两个光刻胶条带130之间的距离W对应于一对感测条带之间的预定距离。光刻胶条带130的厚度必须足够厚，以保证进行后续干法蚀刻工艺时，光刻胶条带130未被完全蚀刻，从而保证其所覆盖的下方材质不被干法蚀刻工艺蚀刻。光刻胶条带130的厚度可以为0.5微米或更厚。

在光刻胶条带130的存在下，采用感应耦合等离子体(Inductively CoupledPlasma，ICP)、反应离子蚀刻(Reactive Ion Etching，RIE)、氧等离子体等干法蚀刻工艺来去除未被光刻胶条带130覆盖区域的石墨烯层120，结果如图7所示，石墨烯层120中被光刻胶条带130覆盖的石墨烯条带部1201保留下来，该石墨烯条带部1201用作一对感测条带的石墨烯膜。另外，虽然图7中未示出，但是应当理解，被各个电极覆盖的石墨烯部分也被保留下来，以使得石墨烯膜与电极实现电接触。

进一步地，图案化绝缘层110的露出部分，以使基板100上用于形成凹槽101的区域未被绝缘层110覆盖。具体地，首先在绝缘层110上进行光刻显影，在需要保留绝缘层110的区域上留下保护光刻胶140，结果如图8所示。在此情况下，采用ICP或RIE等方式蚀刻绝缘层110的露出部分，结果如图9所示，绝缘层110的位于光刻胶条带130和石墨烯条带部1201下方的第一绝缘部1101(也就是一对感测条带的承载绝缘部)以及位于保护光刻胶140下方的第二绝缘部1102保留下来。另外，虽然图8中未示出，但是应当理解，被各个电极覆盖的绝缘层部分也被保留下来，以使得各个电极与基板100电绝缘。

步骤203、在基板上形成凹槽。

其中，凹槽位于该一对感测条带的下方，使得该一对感测条带跨设在凹槽的两侧，第一电极位于凹槽的所述两侧中的一侧，第二电极和第三电极位于凹槽的所述两侧中的另一侧。

参照图9可知，基板100上用于形成凹槽101的区域暴露于外部，在此情况下，在基板100为硅基板的情况下，可以将基板100暴露于二氟化氙(XeF₂)气体中，从而可以对暴露的硅进行各向同性刻蚀。刻蚀的化学反应方程式如下：

2XeF₂+Si→2Xe↑+SiF₄↑

由于二氟化氙气体刻蚀的各向同性，因此在硅基板的暴露区域被沿深度方向刻蚀后，会同时出现平行于表面方向的横向刻蚀。因此，第一绝缘部1101正下方的硅基板部分也会被刻蚀。如上文所示，由于感测条带的宽度通常较小(几个微米量级)，因此如果刻蚀持续足够长的时间，感测条带下方(也就是第一绝缘部1101下方)附近区域的硅基板部分会被刻蚀掉，使得一对感测条带悬空，悬空深度随着刻蚀时间的增加而增加，若石墨烯膜的宽度较大，则需要更多的刻蚀时间。刻蚀后如图10所示。第一绝缘部1101(也就是承载绝缘部)和石墨烯条带部1201(也就是石墨烯膜)悬空，形成了凹槽101。

最后，采用丙酮等有机溶剂去除光刻胶(包括光刻胶条带130和保护光刻胶140)，从而形成由承载绝缘部支撑的石墨烯膜，结果如图11所示。

根据上述步骤，制成了本发明前述实施例中所述的声学矢量传感器。

综上所述，本发明实施例通过如下制造方法，形成本发明前述实施例中提供的声学矢量传感器：提供基板；在基板上形成一对感测条带、第一电极、第二电极和第三电极，该一对感测条带包括承载绝缘部和石墨烯膜，承载绝缘部用于承载石墨烯膜并且使石墨烯膜与基板绝缘，该一对感测条带包括第一感测条带和第二感测条带，第一感测条带与第二感测条带相互平行，并且第一感测条带与第二感测条带之间的距离为预定距离，第一电极、第二电极和第三电极通过电极绝缘部与基板绝缘，第一感测条带的第一端和第二感测条带的第一端均与第一电极连接，第一感测条带的第二端与第二电极连接，并且第二感测条带的第二端与第三电极连接；在基板上形成凹槽，凹槽位于该一对感测条带的下方，使得该一对感测条带跨设在凹槽的两侧，第一电极位于凹槽的所述两侧中的一侧，第二电极和第三电极位于凹槽的所述两侧中的另一侧。通过第二电极和第三电极向石墨烯膜施加电流时产生热量，石墨烯膜会由于声波引起其周围空气扰动而导致温度变化，该温度变化影响了石墨烯膜的电子输运特性，从而石墨烯膜发生电阻值变化，通过连接第一电极检测该电阻值变化能够测量声质点振速的大小，从而实现对声波的检测。上述制造方法与微机电系统技术兼容，能够实现声学矢量传感器的微型化。另外，根据上述制造方法制造的声学矢量传感器具有与频率无关的‘8’字形指向性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种声学矢量传感器，其特征在于，包括：

基板，所述基板上形成有凹槽；

跨设在所述凹槽的两侧、且设置在所述基板上的一对感测条带，所述一对感测条带包括承载绝缘部和石墨烯膜，所述承载绝缘部用于承载所述石墨烯膜并且使所述石墨烯膜与所述基板绝缘；

设置在所述基板上的第一电极、第二电极和第三电极，所述第一电极位于所述凹槽的所述两侧中的一侧，所述第二电极和所述第三电极位于所述凹槽的所述两侧中的另一侧，并且所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极通过电极绝缘部与所述基板绝缘；

所述一对感测条带包括第一感测条带和第二感测条带，所述第一感测条带与所述第二感测条带相互平行，并且所述第一感测条带与所述第二感测条带之间的距离为预定距离，所述第一感测条带的第一端和所述第二感测条带的第一端均与所述第一电极连接，所述第一感测条带的第二端与所述第二电极连接，并且所述第二感测条带的第二端与所述第三电极连接。

2.根据权利要求1所述的声学矢量传感器，其特征在于，所述预定距离的范围为50微米至350微米。

3.根据权利要求1所述的声学矢量传感器，其特征在于，所述石墨烯膜为单层石墨烯或双层石墨烯。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的声学矢量传感器，其特征在于，所述承载绝缘部和所述电极绝缘部由同一材料层形成。

5.根据权利要求4所述的声学矢量传感器，其特征在于，所述承载绝缘部和/或所述电极绝缘部的材料为二氧化硅或氮化硅。

6.一种声学矢量传感器的制造方法，其特征在于，包括：

提供基板；

在所述基板上形成一对感测条带、第一电极、第二电极和第三电极，所述一对感测条带包括承载绝缘部和石墨烯膜，所述承载绝缘部用于承载所述石墨烯膜并且使所述石墨烯膜与所述基板绝缘，所述一对感测条带包括第一感测条带和第二感测条带，所述第一感测条带与所述第二感测条带相互平行，并且所述第一感测条带与所述第二感测条带之间的距离为预定距离，所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极通过电极绝缘部与所述基板绝缘，所述第一感测条带的第一端和所述第二感测条带的第一端均与所述第一电极连接，所述第一感测条带的第二端与所述第二电极连接，并且所述第二感测条带的第二端与所述第三电极连接；

在所述基板上形成凹槽，所述凹槽位于所述一对感测条带的下方，使得所述一对感测条带跨设在所述凹槽的两侧，所述第一电极位于所述凹槽的所述两侧中的一侧，所述第二电极和所述第三电极位于所述凹槽的所述两侧中的另一侧。

7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述承载绝缘部和所述电极绝缘部由同一材料层形成，

所述在所述基板上形成一对感测条带、第一电极、第二电极和第三电极，包括：

在所述基板上沉积绝缘层；

将铜基石墨烯转移到所述绝缘层上并进行固化，以形成石墨烯层；

在所述石墨烯层上形成所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极；

图案化所述石墨烯层的露出部分，以形成所述石墨烯膜；

图案化所述绝缘层的露出部分，以使所述基板上用于形成所述凹槽的区域未被所述绝缘层覆盖。

8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述在所述石墨烯层上形成所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极，包括：

在所述石墨烯层上旋涂光刻胶膜；

图案化所述光刻胶膜；

在经图案化的所述光刻胶膜上沉积金属电极层；

去除经图案化的所述光刻胶膜，从而形成所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极。

9.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述基板为硅基板，

所述在所述基板上形成凹槽，包括：

利用二氟化氙气体蚀刻所述硅基板，以形成所述凹槽。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述石墨烯膜为单层石墨烯或双层石墨烯。