CN110398536B - 一种多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器及其制备方法，本发明采用石墨烯、二硫化钼以及MXenes(二维过渡金属碳化物或氮化物)等同时具有高弹性模量、气体敏感性以及导电性的多功能材料作为CMUTs敏感元件，即单层悬空薄膜同时用作CMUTs振动薄膜、上电极以及敏感材料层，实现了振动薄膜、上电极以及敏感材料层等多层复合薄膜的一体化设计，可有效减小薄膜质量、提高单元一致性以及谐振频率，进而可实现CMUTs气体传感器检测极限及检测灵敏度等综合性能的大幅提高。

Description

一种多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及MEMS超声换能器及二维多功能材料制备技术，特别涉及一种多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器及其制备方法。

背景技术

电容式微加工超声换能器(Capacitive Micromachined UltrasonicTransducers,CMUTs)发展的初衷是用于超声医学成像以及工业无损检测等领域。然而，近年来一些研究者在CMUTs振动薄膜表面旋涂一层敏感材料层以用于气体检测，证明了CMUTs用作质量敏感型气体传感器的可行性。CMUTs谐振频率高达几十MHz，品质因子高达几百，薄膜质量小，有利于实现高灵敏度、低检测极限气体检测。CMUT工作温度范围宽，相比于基于石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)，受温度影响小；相比于悬臂梁等谐振结构，CMUTs薄膜周边固支，结构可靠，可实现恶劣条件下的气体检测。此外，CMUTs为阵列结构，可实现多通道多种气体同时检测；基于MEMS工艺，可实现阵列制造，成本低。因此，CMUTs为发展高灵敏度、低检测极限、多通道气体检测、低成本以及高可靠性的气体传感器提供了平台。

目前，现有的CMUTs气体传感器的敏感元件由振动薄膜、上电极以及位于上电极表面的敏感材料层等多层薄膜复合构成。其中，振动薄膜用于支持整个薄膜结构；上电极用于加载电压，与下电极成对使用以在振动薄膜上施加激励力使薄膜产生振动；敏感材料用于选择性吸附目标气体。目前，针对此类CMUTs气体传感器，研究者已开展了大量工作。斯坦福大学B.T.Khuri-Yakub等人基于牺牲层工艺的方法制备了谐振频率为6MHz的CMUTs谐振器，通过喷涂的方法将CMUTs振动薄膜表面功能化聚烯丙基胺盐酸盐(Polyallylaminehydrochloride，PAAM)敏感层后实现了对异丙醇的检测，检测灵敏度为101ppb/Hz，检测质量极限为10^-15g量级。此外，他们还采用滴涂的方法在CMUTs表面功能化聚异丁烯(Polyisobutylene,PIB)敏感材料层对甲基膦酸二甲酯(Dimethyl methylphosphonate,DMMP)进行检测。德国马格德堡大学Y.C.Li等人采用一种在CMUTs表面先制备纳米颗粒、再滴涂敏感材料层的两步功能化技术，来提高敏感材料的比表面积，进而来提高检测灵敏度。虽然上述方法均证明了CMUTs谐振器用于气体检测的可行性，但要实现环境中低浓度(ppb级)有害气体(如丙酮、苯、二氧化硫等)的高灵敏度、低极限检测，还需寻求新的技术进一步提高其性能。这是因为：第一，目前CMUTs的敏感薄膜由振动薄膜、上电极以及敏感材料层等多层薄膜构成，导致谐振元件的质量难以进一步减小；第二，多层薄膜导致谐振元件的厚度均匀性差，加之敏感材料层功能化过程之中也会引起应力，谐振元件的频率噪声大；第三，常规CMUTs振动薄膜主要采用硅、二氧化硅等材料，弹性模量低，限制谐振频率的提高。这些不足限制了CMUTs气体传感器信噪比、检测灵敏度以及最低检测极限等综合性能的提高。

发明内容

为解决上述技术难题，本发明提出一种多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器及其制备方法，以提高CMUTs谐振频率、薄膜厚度均匀性并减小薄膜质量，进而实现环境中低浓度有害气体的高灵敏度、超低检测极限。

本发明采用如下技术方案：

一种多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器，其主要结构由上而下依次包括：敏感薄膜、空腔、绝缘层以及基底，敏感薄膜同时用作振动薄膜、上电极以及敏感材料层；基底能够导电，基底用作下电极。

敏感薄膜采用石墨烯薄膜、二硫化钼薄膜或MXenes这些同时具有高弹性模量、气体敏感性以及导电性的多功能薄膜，所述高弹性模量是指，敏感薄膜的弹性模量高于单晶硅、二氧化硅以及氮化硅这些常规材料的弹性模量。

所述敏感薄膜为多功能二维材料，同时用作所述多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的振动薄膜、上电极以及敏感材料层，本发明的敏感薄膜是将现有CMUTs气体传感器中的振动薄膜、上电极以及敏感材料层等多层复合薄膜进行一体化设计。

所述绝缘层及空腔周围的支柱的材料为二氧化硅、氮化硅或碳化硅这些绝缘材料。

所述基底同时用作下电极，基底的材料采用低阻硅或低阻多晶硅这些导电材料。

一种多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的制备方法，主要包括以下步骤：

(1)取一低阻单晶硅片，为第一单晶硅片，采用氧化方法在单晶硅片表面生长二氧化硅层，未被氧化的单晶硅则形成所述多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的基底；

(2)光刻、图形化空腔形状，刻蚀第一单晶硅片上的二氧化硅层，图形化空腔形状，刻蚀停止于第一单晶硅的未被氧化的单晶硅表面；取另一单晶硅片，为第二单晶硅片，在第二单晶硅片上表面溅射用于生长二维多功能材料的金属层(比如若要使用石墨烯这种多功能材料，则需要溅射金属铜或金属镍这些金属材料)；

(3)再次氧化第一单晶硅，在第一单晶硅表面生成二氧化硅，此时形成所述多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的支柱及绝缘层，绝缘层的厚度通过氧化时间控制；采用CVD方法在第二单晶硅上的金属层表面生长多功能材料薄膜(即所述敏感薄膜，如石墨烯薄膜、二硫化钼薄膜或MXenes薄膜等多功能二维材料薄膜)；

(4)将第一单晶硅上的支柱以及第二单晶硅上的敏感薄膜表面进行活化处理，在真空环境中，将支柱和敏感薄膜进行直接键合，形成所述多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的空腔；

(5)先采高浓度刻蚀液去除80％的第二单晶硅片，再用缓冲刻蚀液(BOE)去除剩余20％的第二单晶硅片，露出金属层；

(6)采用湿法腐蚀的方法刻蚀金属层，释放敏感薄膜，此时形成一体化的振动薄膜、上电极以及敏感材料层；

(7)在敏感薄膜上旋涂光刻胶、光刻，并溅射金属层(如金属铝、金等常用的电极材料)，采用剥离方法形成电极焊盘，并高温退火以减小敏感薄膜与电极焊盘之间的接触电阻，得到所述多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器。

为进一步增大石墨烯、二硫化钼以及Mxenes等此类多功能材料薄膜与基底结构之间的键合强度，上述工艺步骤(3)以后的工艺步骤可变化为：

(4)在第一单晶硅上的二氧化硅结构表面溅射Ti/Zn/Au层，采用与制备空腔图形结构相同的掩膜版，光刻、图形化后，采用湿法刻蚀的方法，去除位于第一单晶硅上的二氧化硅绝缘层上表面的金属层(即Ti/Zn/Au层)，保留二氧化硅支柱表面的金属层；在第二单晶硅上的敏感薄膜表面溅射Ti/Au层，采用与制备空腔图形结构相同的掩膜版，光刻、图形化后，采用湿法刻蚀的方法去除与空腔区域的对应的金属层(即Ti/Au层)，保留对应于支柱区域的金属层；

(5)对第一单晶硅片和第二单晶硅片进行清洗，在真空、加压的条件下对第一单晶硅片上的Ti/Zn/Au层和第二单晶硅片上的Ti/Au层进行预键合，而后整个结构在真空条件下退火，完成键合，形成多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的空腔；

(6)先采用高浓度刻蚀液去除80％的第二单晶硅片，再用缓冲刻蚀液(BOE)去除剩余20％的第二单晶硅片，露出金属层；

(7)采用湿法腐蚀的方法刻蚀金属层，释放敏感薄膜，此时形成一体化的振动薄膜、上电极以及敏感材料层；

(8)在敏感薄膜上旋涂光刻胶、光刻，并溅射金属层(如金属铝、金等常用电极材料)，采用剥离方法形成电极焊盘，并高温退火以减小敏感薄膜与电极焊盘之间的接触电阻。

针对特殊气体的选择性吸附，可通过化学方法对石墨烯(Graphene)、二硫化钼(MoS₂)以及MXenes等二维多功能材料进行表面改性，因此，上述工艺步骤(6)之后的工艺步骤可变化为：

(7)配制相应的化学试剂，将多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的敏感薄膜浸入化学试剂中进行表面改性，以提高对目标气体的选择性吸附性能；

(8)在敏感薄膜上旋涂光刻胶、光刻，并溅射金属层(如金属铝、金等常用电极材料)，采用剥离方法形成电极焊盘，并高温退火以减小多功能薄膜与电极焊盘之间的接触电阻。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器中，敏感薄膜同时用作振动薄膜、上电极以及敏感材料层，薄膜的质量可进一步减小，薄膜厚度均匀性进一步提高，因此，可有效提高气体传感器最小质量检测能力，实现环境中低浓度有害气体的高灵敏度、超低检测极限。本发明解决了现有CMUTs气体传感器的敏感元件由振动薄膜、上电极以及敏感材料层构成多层薄膜复合而成，其厚度难以进一步减小，且厚度均匀性差、频率噪声大，最小质量检测性能难以提高的问题。

进一步的，敏感薄膜采用的石墨烯薄膜、二硫化钼薄膜或MXenes薄膜均为高弹性模量(石墨烯的弹性模量为1TPa)材料，能够效提高谐振频率，进而增大气体检测灵敏度，同时石墨烯(Graphene)、二硫化钼(MoS2)以及Mxenes这些材料为二维材料作为敏感材料，其比表面大，可有效提高对目标气体的吸附能力，进而可进一步提高检测灵敏度；解决了现有CMUTs主要采用硅、二氧化硅等材料，材料弹性模量低(硅的弹性模量为169Gpa，二氧化硅的弹性模量为79GPa)，谐振频率、检测灵敏度以及检测极限难以进一步提高的问题。

本发明多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的制备方法中，只需制备一层敏感薄膜，敏感薄膜同时用作振动薄膜、上电极以及敏感材料层，因此结构及工艺步骤简单。

附图说明

图1为本发明多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器结构示意图；

图2为本发明多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的典型制备工艺流程图；

图3为本发明多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的一变化制备工艺流程图；

图4为本发明多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的另一变化制备工艺流程图。

图中，1-振动薄膜，2-上电极，3-敏感材料层，4-空腔，5-支柱，6-绝缘层，7-基底，8-上电极焊盘。

具体实施方式

以下，结合附图和实施例对本发明进行详细说明：

参照图1，本发明多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的整体结构从上至下依次包括敏感薄膜(敏感薄膜同时用作振动薄膜1、上电极2以及敏感材料层3)、空腔4、绝缘层6以及基底7，基底7能够导电，基底7用作下电极；其中敏感材料层3、上电极2以及振动薄膜1采用一体化设计，用一层悬空的敏感薄膜1代替，敏感薄膜1所用材料需为同时具有高弹性模量、导电性以及敏感吸附性能的多功能材料；其中空腔4周围为支柱5，支柱5上端与敏感薄膜1连接，下端与基底7连接。

本发明多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的敏感材料层3、上电极2以及振动薄膜1采用一体化设计，用一层悬空的敏感薄膜1代替，即该单层的敏感薄膜1同时用作CMUTs气体传感器中的振动薄膜、上电极以及敏感材料层；敏感薄膜1的材料采用同时具有高弹性模量、导电性以及气体敏感性的多功能材料，比如石墨烯(Graphene)、二硫化钼(MoS₂)以及二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物(MXenes)这些材料；在设计敏感薄膜1的厚度时，需同时考虑导电性、谐振频率以及敏感性三项性能，进行综合设计，在保证导电性能的前提下，设计谐振频率、气体选择性能或比表面积。

在设计本发明多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的空腔4高度时，应以减小塌陷电压为目标，在保证工艺可行的条件下，可尽量减小空腔高度，以减小塌陷电压。

绝缘层6用于实现多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器上电极与下电极之间的电绝缘，绝缘层6可采用二氧化硅、碳化硅以及氮化硅这些绝缘材料；设计绝缘层6厚度时，在保证最大工作电压下以及不发生击穿的条件下，绝缘层6厚度应尽量小，以减小绝缘层充电现象对CMUTs工作稳定性的影响。

支柱5用于固定敏感元件(即敏感薄膜)，支柱5的高度尺寸由空腔高度4和绝缘层6的高度共同决定，支柱5的宽度尺寸的设计决定于CMUTs的阵列结构设计，一般情况下，应在保证敏感薄膜与支柱之间有足够键合强度的条件下，支柱5的宽度尺寸应尽量小，以减小寄生电容。

基底7为整个多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器提供支撑，同时用作下电极，基底7可采用低阻硅或低阻多晶硅这些导电材料。

现有的多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器中，振动薄膜、上电极、敏感材料层等多层薄膜共同构成敏感元件，多层薄膜导致CMUTs单元一致性差，频率噪声大，限制了薄膜质量的减小及气体检测极限的提高。此外，现有的CMUTs悬空薄膜一般采用单晶硅、二氧化硅、氮化硅等材料，弹性模量小，谐振频率很难进一步提高，检测灵敏度受限。本发明采用石墨烯(Graphene)、二硫化钼(MoS₂)以及MXenes(二维过渡金属碳化物或氮化物)这些同时具有高弹性模量、气体敏感性以及导电性的多功能材料作为CMUTs气体传感器的敏感元件，即单层悬空薄膜(即敏感薄膜)同时用作CMUTs气体传感器的振动薄膜、上电极以及敏感材料层，实现了振动薄膜、上电极以及敏感材料层多层复合薄膜的一体化设计，能够有效减小薄膜质量、提高CMUTs单元一致性以及谐振频率，进而能够实现CMUTs气体传感器检测极限及检测灵敏度等综合性能的大幅提高。

参考附图2，本发明多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的制备方法主要包括以下工艺步骤：

(1)取一低阻单晶硅片，记为第一单晶硅片9，采用热氧化方法在第一单晶硅片9表面生成第一二氧化硅层10；

(2)光刻，图形化空腔形状，刻蚀第一二氧化硅层10，刻蚀停止于第一单晶硅9未被氧化的表面，此时初步形成二氧化硅支柱结构11；另取一低阻的单晶硅片，记为第二单晶硅片12，在其上表面溅射金属铜，形成铜薄膜13；

(3)二次氧化第一单晶硅片9上表面，生成第二二氧化硅层，得到支柱5以及由支柱5围成的空腔4底部的绝缘层6，绝缘层6以及支柱5的高度可通过氧化时间精确控制；在铜薄膜13的上表面通过化学气相沉积(CVD)方法生长石墨烯层14；

(4)将支柱5以及石墨烯层14的表面进行活化处理，在真空环境中将支柱5和石墨烯层14进行直接键合，形成CMUTs空腔；

(5)先采高浓度刻蚀液去除80％的第二单晶硅片12，再用缓冲刻蚀液(BOE)去除剩余20％的第二单晶硅片12，露出铜薄膜13。

(6)采用过硫酸钠溶液刻蚀铜薄膜13，释放石墨烯薄膜层14(石墨烯薄膜层14作为敏感材料层3、上电极2以及振动薄膜1)。

(7)在石墨烯薄膜层14上旋涂光刻胶、光刻，并溅射金属铝，采用剥离方法形成上电极焊盘8，并高温退火以减小石墨烯薄膜层14与上电极焊盘8之间的接触电阻。

参照附图3，为进一步增加石墨烯薄膜层与硅基底表面二氧化硅结构之间的键合强度，上述工艺步骤(3)以后的工艺步骤可变化为：

(4)在支柱5和绝缘层6的表面溅射第一金属层15，第一金属层为Ti/Zn/Au，光刻、图形化后，采用湿法刻蚀的方法，去除位于绝缘层6上表面的第一金属层15，保留支柱5表面的第一金属层；在石墨烯薄膜层14上表面溅射第二金属层16，第二金属层16为Ti/Au层，旋涂光刻胶、光刻，采用剥离方法去除位于空腔区域的金属Ti/Au层，保留对应于支柱区域的Ti/Au层；

(5)对第一单晶硅片9和第二单晶硅片12进行清洗，在真空、加压的条件下对第一金属层15和第二金属层16进行预键合，而后整个结构在真空条件下退火，完成键合，形成CMUTs空腔4；

(6)先采高浓度刻蚀液去除80％的第二单晶硅片12，再用缓冲刻蚀液(BOE)去除剩余20％的第二单晶硅片12，露出铜薄膜13。

(7)采用过硫酸钠溶液刻蚀铜薄膜13，释放石墨烯薄膜层14。

(8)在石墨烯薄膜层14上旋涂光刻胶、光刻，并溅射金属铝，采用剥离方法形成上电极焊盘8，并高温退火以减小石墨烯薄膜层14与上电极焊盘8之间的接触电阻。

参照附图4，为增强对石墨烯对目标气体的选择性，可通过化学的方法对石墨烯薄膜层进行表面改性，则上述图3所示工艺步骤(7)以后的工艺步骤可变化为：

(8)配制相应的化学试剂，将石墨烯薄膜层14浸入化学试剂中进行表面改性，以提高对目标气体的选择性吸附性能，形成多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的最终敏感薄元件(即敏感材料层3、上电极2以及振动薄膜1)；

(9)在敏感薄膜上表面旋涂光刻胶、光刻，并溅射金属层(如金属铝、金等常用电极材料)，采用剥离方法形成上电极焊盘8，并高温退火以减小石墨烯敏感元件与上电极焊盘8之间的接触电阻。

以上所述仅为本发明的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器，其特征在于，由上而下依次包括敏感薄膜、空腔(4)、绝缘层(6)以及基底(7)，敏感薄膜用作振动薄膜、上电极以及敏感材料层；基底(7)能够导电，基底(7)用作下电极；

敏感薄膜采用石墨烯薄膜、二硫化钼薄膜或MXenes，石墨烯薄膜、二硫化钼薄膜或MXenes同时具有高弹性模量、气体敏感性以及导电性，所述敏感薄膜的弹性模量高于单晶硅、多晶硅、二氧化硅以及氮化硅的弹性模量；

绝缘层(6)以及空腔(4)周围的支柱(5)采用的材料为二氧化硅、氮化硅或碳化硅。

2.根据权利要求1所述的一种多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器，其特征在于，基底(7)采用低阻硅基底或低阻多晶硅基底。

3.权利要求1-2任意一项所述的多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，采用氧化方法在第一单晶硅片表面生长二氧化硅层，未被氧化的单晶硅作为基底(7)；

S2，光刻、图形化空腔形状，刻蚀第一单晶硅片上的二氧化硅层，刻蚀停止于第一单晶硅未被氧化的单晶硅表面；取第二单晶硅片，在第二单晶硅片上表面溅射用于生长敏感薄膜的金属层；

S3，再次氧化第一单晶硅片，在第一单晶硅片表面生成二氧化硅层，形成多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的支柱(5)及绝缘层(6)；采用化学气相沉积方法在第二单晶硅上的金属层表面生长敏感薄膜；

S4，将支柱(5)和敏感薄膜表面进行活化处理，在真空环境中将支柱(5)和敏感薄膜直接键合，形成多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的空腔(4)；

S5，先采高浓度刻蚀液去除80％的第二单晶硅片，再用缓冲刻蚀液去除剩余20％第二单晶硅片，露出金属层；

S6，采用湿法腐蚀的方法刻蚀金属层，释放敏感薄膜；

S7，在敏感薄膜上旋涂光刻胶、光刻，并溅射金属层，采用剥离方法形成上电极焊盘，并进行高温退火以减小敏感薄膜与上电极焊盘之间的接触电阻，得到所述多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器。

4.权利要求1-2任意一项所述的多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，采用氧化方法在第一单晶硅片表面生长二氧化硅层，未被氧化的单晶硅作为基底(7)；

S2，光刻、图形化空腔形状，刻蚀第一单晶硅片上的二氧化硅层，刻蚀停止于第一单晶硅未被氧化的单晶硅表面；取第二单晶硅片，在第二单晶硅片上表面溅射用于生长敏感薄膜的第一金属层；

S3，再次氧化第一单晶硅片，在第一单晶硅片表面生成二氧化硅层，形成多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的支柱(5)及绝缘层(6)；采用化学气相沉积方法在第二单晶硅上的第一金属层表面生长敏感薄膜；

S4，在第一单晶硅上的二氧化硅层表面溅射第二金属层，采用与制备空腔图形结构相同的掩膜版，光刻、图形化后，采用湿法刻蚀的方法，去除位于第一单晶硅二氧化硅绝缘层上表面的第二金属层，保留支柱(5)表面的第二金属层；

S5，在第二单晶硅上的敏感薄膜表面溅射第三金属层，采用与制备空腔图形结构相同的掩膜版，光刻、图形化后，采用湿法刻蚀的方法去除位于空腔区域的第三金属层，保留对应于支柱区域的第三金属层；

S6，对第一单晶硅片和第二单晶硅片进行清洗，第一单晶硅上保留的第二金属层与第二单晶硅上保留的第三金属层正对，在真空、加压的条件下对第一单晶硅片和第二单晶硅片进行预键合，而后整个结构在真空条件下退火，完成键合，将空腔(4)真空密封；

S7，先采高浓度刻蚀液去除80％的第二单晶硅片，再用缓冲刻蚀液(BOE)去除剩余20％的第二单晶硅片，露出第一金属层；

S8，采用湿法腐蚀的方法刻蚀第一金属层，释放敏感薄膜；

S9，在敏感薄膜上旋涂光刻胶、光刻，并溅射第四金属层，对第四金属层采用剥离方法形成上电极焊盘，并高温退火以减小敏感薄膜与上电极焊盘之间的接触电阻。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，第二金属层为Ti/Zn/Au层，第三金属层为Ti/Au层，第四金属层为铝层或金层。

6.权利要求1-2任意一项所述的多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，采用氧化方法在第一单晶硅片表面生长二氧化硅层，未被氧化的单晶硅作为基底(7)；

S2，光刻、图形化空腔形状，刻蚀第一单晶硅片上的二氧化硅层，刻蚀停止于第一单晶硅未被氧化的单晶硅表面；取第二单晶硅片，在第二单晶硅片上表面溅射用于生长敏感薄膜的第一金属层；

S3，再次氧化第一单晶硅片，在第一单晶硅片表面生成二氧化硅层，形成多功能薄膜高灵敏度CMUTs气体传感器的支柱(5)及绝缘层(6)；采用化学气相沉积方法在第二单晶硅上的第一金属层表面生长敏感薄膜；

S4，在第一单晶硅上的二氧化硅层表面溅射第二金属层，采用与制备空腔图形结构相同的掩膜版，光刻、图形化后，采用湿法刻蚀的方法，去除位于第一单晶硅二氧化硅绝缘层上表面的第二金属层，保留支柱(5)表面的第二金属层；

S5，在第二单晶硅上的敏感薄膜表面溅射第三金属层，采用与制备空腔图形结构相同的掩膜版，光刻、图形化后，采用湿法刻蚀的方法去除位于空腔区域的第三金属层，保留对应于支柱区域的第三金属层；

S6，对第一单晶硅片和第二单晶硅片进行清洗，第一单晶硅上保留的第二金属层与第二单晶硅上保留的第三金属层正对，在真空、加压的条件下对第一单晶硅片和第二单晶硅片进行预键合，而后整个结构在真空条件下退火，完成键合，将空腔(4)真空密封；

S7，先采高浓度刻蚀液去除80％的第二单晶硅片，再用缓冲刻蚀液(BOE)去除剩余20％的第二单晶硅片，露出第一金属层；

S8，将敏感薄膜浸入用于表面化学改性的溶液中进行表面改性，以提高对目标气体的选择性吸附性能；

S9，在敏感薄膜上旋涂光刻胶、光刻，并溅射第五金属层，对第五金属层采用剥离方法形成上电极焊盘，并高温退火以减小敏感薄膜与上电极焊盘之间的接触电阻。

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