CN113834518A - 传感器结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种传感器结构，包括SOI硅片，SOI硅片的一侧设置至少两种传感电阻，SOI硅片的另一侧设置一空腔，至少两种传感电阻位于空腔的沿SOI硅片的厚度方向的投影区域内。还涉及一种传感器结构的制备方法，包括以下步骤：提供SOI硅片；在SOI硅片的一侧形成至少两种传感电阻，以及，在SOI硅片的另一侧形成一空腔，至少两种传感电阻位于空腔的沿SOI硅片的厚度方向的投影区域内。本申请通过设置至少两种传感电阻及空腔，利用空腔的可变形性满足传感电阻的工作需求，可对多种参数同时进行监测。

Description

传感器结构及其制备方法

技术领域

本申请涉及传感器技术领域，具体涉及一种传感器结构及其制备方法。

背景技术

对于截肢患者而言，装配假肢是最普及的康复方式。截肢患者通过装配的假肢不仅能够保证形体完整，还能够补偿肢体损失的功能，满足正常生活和工作需求。假肢接受腔与人体残肢在运动过程中会产生一个交互作用界面，残肢端会受到假肢的作用力，但是残肢端软组织和皮肤的承伤能力远低于正常肢体，如果残肢端表面和假肢接受腔适配性较差，残肢端和假肢接受腔之间反复挤压会使得残肢端破损、发炎甚至溃烂，达不到预期形体和功能补偿的效果。因此，提供一种可对接触界面的多种参数同时进行监测的多模态传感器，以能够评定假肢与人体之间的适配程度、对假肢接受腔进行设计优化，从而提高假肢的性能，对指导患者康复训练以及智能假肢的控制等方面具有重要的研究价值。

发明内容

针对上述技术问题，本申请提供一种传感器结构及其制备方法，传感器结构可对多种参数同时进行监测，有利于实现对假肢的评定和优化。

为解决上述技术问题，本申请提供一种传感器结构，其特征在于，包括SOI硅片，所述SOI硅片的一侧设置至少两种传感电阻，所述SOI硅片的另一侧设置一空腔，所述至少两种传感电阻位于所述空腔的沿所述SOI硅片的厚度方向的投影区域内。

可选地，所述SOI硅片的埋氧层将所述SOI硅片分隔为上层硅和下层硅，所述至少两种传感电阻设置在所述上层硅，所述空腔设置在所述下层硅。

可选地，所述至少两种传感电阻包括压力传感电阻、温度传感电阻、湿度传感电阻中的至少两种。

可选地，所述至少两种传感电阻通过在所述SOI硅片一侧的不同区域掺杂不同浓度的硼原子得到，所述压力传感电阻对应区域的硼原子掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3，所述温度传感电阻对应区域的硼原子掺杂浓度为1×10¹⁵cm^-3～1×10¹⁸cm^-3，所述湿度传感电阻对应区域的硼原子掺杂浓度为1×10¹²cm^-3～1×10¹⁵cm^-3。

可选地，所述压力传感电阻为多个，并分布在所述空腔的所述投影区域的边缘区域和/或中间区域；所述温度传感电阻为至少一个，并设在所述边缘区域与所述中间区域之间；所述湿度传感电阻为至少一个，并设在所述边缘区域与所述中间区域之间。

可选地，所述SOI硅片的厚度小于或等于20μm，所述空腔的深度为5μm～15μm。

可选地，还包括柔性衬底，所述SOI硅片的设置所述空腔的一侧固定在所述柔性衬底上。

本申请还提供一种传感器结构的制备方法，包括以下步骤：

a.提供SOI硅片；

b.在所述SOI硅片的一侧形成至少两种传感电阻，以及，在所述SOI硅片的另一侧形成一空腔，所述至少两种传感电阻位于所述空腔的沿所述SOI硅片的厚度方向的投影区域内。

可选地，所述b步骤，包括：

b1.在所述SOI硅片的上层硅的不同区域掺杂不同浓度的硼原子，形成至少两种传感电阻；

b2.对所述SOI硅片的下层硅进行减薄：

b3.在减薄后的下层硅形成所述空腔，所述至少两种传感电阻位于所述空腔的沿所述SOI硅片的厚度方向的投影区域内。

可选地，所述b1步骤，包括：

将未掺杂的SOI硅片以上层硅朝上的方向浸入用于提供硼源的溶液中，使所述上层硅的上表面与所述溶液的液面之间的距离小于10mm；

采用激光扫描技术对SOI硅片的上层硅的不同区域进行不同浓度的硼掺杂，形成至少两种传感电阻。

可选地，传感器结构的制备方法中，所述至少两种传感电阻包括压力传感电阻、温度传感电阻、湿度传感电阻中的至少两种；所述压力传感电阻对应区域的硼原子掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3，所述温度传感电阻对应区域的硼原子掺杂浓度为1×10¹⁵cm^-3～1×10¹⁸cm^-3，所述湿度传感电阻对应区域的硼原子掺杂浓度为1×10¹²cm^-3～1×10¹⁵cm^-3。

可选地，传感器结构的制备方法中，所述压力传感电阻为多个，并分布在所述空腔的所述投影区域的边缘区域和/或中间区域；所述温度传感电阻为至少一个，并设在所述边缘区域与所述中间区域之间；所述湿度传感电阻为至少一个，并设在所述边缘区域与所述中间区域之间。

可选地，所述b2步骤，包括：

将所述SOI硅片以下层硅朝上的方向置于去离子水中，使所述下层硅的表面与所述去离子水的液面相平或高于所述去离子水的液面；

采用激光扫描技术对所述下层硅进行减薄，在减薄的过程中，保持所述下层硅的表面与所述去离子水的液面相平或高于所述去离子水的液面。

可选地，所述b3步骤，包括：

采用激光扫描技术在所述SOI硅片的所述下层硅的表面刻蚀所述空腔；

所述b步骤之后，还包括：

提供一柔性衬底；

将所述SOI硅片的设置所述空腔的一侧固定在所述柔性衬底上。

可选地，传感器结构的制备方法中，所述SOI硅片减薄后的厚度小于或等于20μm，所述空腔的深度为5μm～15μm。

本申请的传感器结构，包括SOI硅片，SOI硅片的一侧设置至少两种传感电阻，SOI硅片的另一侧设置一空腔，至少两种传感电阻位于空腔的沿SOI硅片的厚度方向的投影区域内。本申请的传感器结构的制备方法，包括以下步骤：提供SOI硅片；在SOI硅片的一侧形成至少两种传感电阻，以及，在SOI硅片的另一侧形成一空腔，至少两种传感电阻位于空腔的沿SOI硅片的厚度方向的投影区域内。本申请通过设置至少两种传感电阻及空腔，利用空腔的可变形性满足传感电阻的工作需求，可对多种参数同时进行监测。

附图说明

图1是根据第一实施例示出的传感器结构的示意图之一；

图2是根据第一实施例示出的传感器结构的示意图之二；

图3是根据第二实施例示出的传感器结构的制备方法的流程示意图；

图4是根据第二实施例示出的传感器结构的制备方法的工艺示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。

在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。

虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。

再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

图1是根据第一实施例示出的传感器结构的示意图之一。图2是根据第一实施例示出的传感器结构的示意图之二。如图1与图2所示，本实施例的传感器结构包括SOI硅片11(Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅)，SOI硅片11的一侧设置至少两种传感电阻，SOI硅片11的另一侧设置一空腔13，至少两种传感电阻位于空腔13的沿SOI硅片11的厚度方向的投影区域内，空腔13的沿SOI硅片11的厚度方向的投影区域为图1中虚线131内的区域。

可选地，SOI硅片11的埋氧层111将SOI硅片11分隔为上层硅112和下层硅113，至少两种传感电阻设置在上层硅112，空腔13设置在下层硅113。可选地，SOI硅片11的厚度小于或等于20μm，空腔13的深度为5μm～15μm，可选地，SOI硅片11的厚度通过激光扫描技术进行减薄得到。

本申请通过设置至少两种传感电阻及空腔13，利用空腔13的可变形性满足传感电阻的工作需求，可对多种参数同时进行监测。此外，SOI硅片11的厚度小于或等于20μm，具有较好的柔性，可以与残肢端共形并且不会对假肢接受腔与残肢端之间的接触产生影响。

可选地，如图1所示，至少两种传感电阻包括压力传感电阻(R1、R2、R3、R4)、温度传感电阻(R5)、湿度传感电阻(R6)中的至少两种，也即，可以同时设置压力传感电阻、温度传感电阻，或者同时设置温度传感电阻、湿度传感电阻，或者同时设置压力传感电阻、湿度传感电阻，或者同时设置压力传感电阻、温度传感电阻、湿度传感电阻，从而可以根据要检查的参数进行设置。

可选地，当设置有压力传感电阻时，压力传感电阻为多个，并分布在空腔13的投影区域内的边缘区域和/或中间区域，优选地，空腔13为圆柱形空腔，压力传感电阻的数量为4个，R1和R4位于投影区域内的边缘区域，R2和R3位于投影区域内的中间区域，其中，空腔13的沿SOI硅片11的厚度方向的投影区域为虚线131内的区域，虚线132示意应力为0的位置，应力为0的位置可根据SOI硅片11对应空腔13的部分的应力曲线确定，位于虚线132之内的区域为投影区域内的中间区域，位于虚线131与虚线132之间的区域为投影区域内的边缘区域。通过将多个压力传感电阻设置在投影区域内的边缘区域和中间区域，在SOI硅片11受到外力时，空腔13发生变形形成压阻效应，压力传感电阻产生对应不同作用区域的压力信号，实现对压力的监测。如此，通过设计空腔13，可以使SOI硅片11发生形变而满足压力检测的需求。

可选地，当设置有温度传感电阻时，温度传感电阻为至少一个，并设在空腔13的投影区域内的边缘区域与中间区域之间，如R5。优选地，温度传感电阻设置在SOI硅片11对应空腔13部分的应力为0的位置，也即设置在虚线132示意的位置上，以减少外力作用对检测值的影响，提高检测准确性。如此，通过设计空腔13，可以在SOI硅片11发生形变时形成应力为0的位置，满足温度检测精度的需求。

可选地，当设置有湿度传感电阻时，湿度传感电阻为至少一个，并设在空腔13的投影区域内的边缘区域与中间区域之间，如R6。优选地，湿度传感电阻设置在SOI硅片11对应空腔13部分的应力为0的位置，也即设置在虚线132示意的位置上，以减少外力作用对检测值的影响，提高检测准确性。如此，通过设计空腔13，可以在SOI硅片11发生形变时形成应力为0的位置，满足湿度检测精度的需求。

可选地，至少两种传感电阻通过在SOI硅片11一侧的不同区域掺杂不同浓度的硼原子得到，不同硼原子掺杂浓度的区域对压力、温度和湿度信号的响应不同，优选地，压力传感电阻对应区域的硼原子掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3，温度传感电阻对应区域的硼原子掺杂浓度为1×10¹⁵cm^-3～1×10¹⁸cm^-3，湿度传感电阻对应区域的硼原子掺杂浓度为1×10¹²cm^-3～1×10¹⁵cm^-3，从而，通过调整不同区域的掺杂浓度即可形成所需的传感电阻，工艺简单。实际实现时，可以根据硅材料最大功耗限制计算掺杂总面积，优选为100μm²～10000μm²。可选地，通过激光扫描浸泡在硼源溶液中的SOI硅片11一侧的不同区域，调整激光波长、功率、扫描速度、扫描次数等参数，可实现不同区域不同浓度的掺杂，在激光热作用下，硼源溶液可分解出氧化硼，使得硼原子在浓度梯度作用下向SOI硅片11扩散。

可选地，传感器结构还包括柔性衬底(图1和图2中未示出)，SOI硅片11的设置空腔13的一侧固定在柔性衬底上。柔性衬底可采用PI、PU等柔性材料，在柔性衬底表面旋涂与柔性衬底相同材料的溶液后，将SOI硅片11设置空腔13的一面置于柔性衬底表面固化成形，即得到超薄多模态传感器，实际实现时，柔性衬底上可设置多个SOI硅片11以形成阵列式的传感器。

本申请的传感器结构，包括SOI硅片，SOI硅片的一侧设置至少两种传感电阻，SOI硅片的另一侧设置一空腔，至少两种传感电阻位于空腔的沿SOI硅片的厚度方向的投影区域内。本申请通过设置至少两种传感电阻及空腔，利用空腔的可变形性满足传感电阻的工作需求，可对多种参数同时进行监测。

第二实施例

图3是根据第二实施例示出的传感器结构的制备方法的流程示意图。如图3所示，本实施例的传感器结构的制备方法，包括以下步骤：

步骤210，提供SOI硅片。

如图4中(a)所示，SOI硅片的埋氧层111将SOI硅片分隔为上层硅112和下层硅113，初始提供的SOI硅片的厚度为400μm-600μm，上层硅112的厚度小于下层硅113的厚度。

步骤220，在SOI硅片的一侧形成至少两种传感电阻，以及，在SOI硅片的另一侧形成一空腔，至少两种传感电阻位于空腔的沿SOI硅片的厚度方向的投影区域内。

可选地，步骤220，包括：

步骤221，在SOI硅片的上层硅的不同区域掺杂不同浓度的硼原子，形成至少两种传感电阻，如图4中(b)所示；

步骤222，对SOI硅片的下层硅进行减薄，如图4中(c)所示：

步骤223，在减薄后的下层硅形成空腔，至少两种传感电阻位于空腔的沿SOI硅片的厚度方向的投影区域内，如图4中(d)所示。

可选地，步骤221，包括：

将未掺杂的SOI硅片以上层硅朝上的方向浸入用于提供硼源的溶液中，使上层硅的上表面与溶液的液面之间的距离小于10mm；

采用激光扫描技术对SOI硅片的上层硅的不同区域进行不同浓度的硼掺杂，形成至少两种传感电阻。

可选地，采用硼酸溶液、溴化硼、三氯化硼等溶液作为提供硼源的溶液，将SOI硅片以上层硅112朝上的方向浸入到上述溶液中，以溶液刚好浸没SOI硅片的上层硅112的上表面为宜，优选使上层硅112的上表面与溶液的液面之间的距离小于10mm，以避免或减少激光能量被溶液吸收而产生的衰减。接着，采用激光扫描的方式对SOI硅片的上层硅112的不同区域进行掺杂，如图4(b)所示，在上层硅112制备压力传感电阻(R1、R2、R3和R4)、温度传感电阻(R5)和湿度传感电阻(R6)，其中，压力传感电阻分布在空腔(请参考图1和图2)的投影区域内的边缘区域和中间区域，温度传感电阻(R5)设在空腔的投影区域内的边缘区域与中间区域之间，湿度传感电阻(R6)设在空腔的投影区域内的边缘区域与中间区域之间，关于各传感电阻的设置区域及各区域之间的定义可参考第一实施例中的描述，在此不再赘述。

采用激光扫描的方式对SOI硅片的上层硅的不同区域进行掺杂时，溶液的浓度、激光参数与所需硼原子掺杂浓度相关，在激光热作用下，硼源溶液可分解出氧化硼，使得硼原子在浓度梯度作用下向SOI硅片扩散，可选地，硼原子掺杂浓度范围为1×10¹⁵～1×10²⁰cm^-3，作为硼源的溶液的浓度范围为0.1mg/L～10mg/L，激光波长为355nm～1064nm，功率范围为1W～20W，扫描速度为50mm/s～2000mm/s，扫描次数为1～20。不同硼原子掺杂浓度的区域对压力、温度和湿度信号的响应不同，优选地，压力传感电阻对应区域的硼原子掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3，温度传感电阻对应区域的硼原子掺杂浓度为1×10¹⁵cm^-3～1×10¹⁸cm^-3，湿度传感电阻对应区域的硼原子掺杂浓度为1×10¹²cm^-3～1×10¹⁵cm^-3。实际实现时，可以根据硅材料最大功耗限制计算掺杂总面积，优选为100μm²～10000μm²。如此，通过激光扫描技术调整不同区域的掺杂浓度即可形成所需的传感电阻，工艺简单。

在掺杂完成后的SOI硅片的上硅层112表面旋涂四氯金酸溶液、银氨溶液或醋酸铜溶液等溶液作为导线前驱体溶液，浓度为0.1mg/L～10mg/L，导线前驱体溶液烘干后进行激光扫描，使导电前驱体溶液在激光作用下分解生成金属单质导电层，从而形成连接导线，激光参数为：波长为355nm～1064nm，功率范围为1W～20W，扫描速度为50mm/s～2000mm/s。

可选地，步骤222，包括：

将SOI硅片以下层硅朝上的方向置于去离子水中，使下层硅的表面与去离子水的液面相平或高于去离子水的液面；

采用激光扫描技术对下层硅进行减薄，在减薄的过程中，保持下层硅的表面与去离子水的液面相平或高于去离子水的液面。

如图4(c)所示，将SOI硅片以下层硅113朝上的方向置于去离子水中，使下层硅113的表面与去离子水的液面相平或高于去离子水的液面，采用激光扫描的方式对SOI硅片的下层硅113进行减薄，在减薄的过程中调整去离子水的液面高度，保持下层硅113的表面与去离子水的液面相平或高于去离子水的液面，由于激光刻蚀SOI硅片过程中会产生热效应，导致硅片易变形、碎裂，采用水辅助刻蚀减薄效果更好。采用激光扫描技术对下层硅113进行减薄时，激光参数为：波长为355nm～1064nm，功率范围为1W～20W，扫描速度为50mm/s～2000mm/s，减薄后SOI硅片的厚度小于20μm。

可选地，步骤223，包括：

采用激光扫描技术在SOI硅片的下层硅的表面刻蚀空腔。

如图4(d)所示，当SOI硅片的厚度减薄到小于20μm后，继续采用激光扫描技术在SOI硅片的下层硅113表面刻蚀形成圆形空腔13，空腔13的深度为5μm～15μm，使用的激光参数为：波长为355nm～1064nm，功率范围为1W～20W，扫描速度为50mm/s～2000mm/s。

通过上述激光扫描技术，不仅能够克服传统机械减薄对SOI硅片的损伤，实现超薄器件的制备，还具有工艺简单、可大面积制备的优点。

可选地，步骤220之后，还包括：

提供一柔性衬底；

将SOI硅片的设置空腔的一侧固定在柔性衬底上。

可选地，柔性衬底采用PI、PU等柔性材料，在柔性衬底表面旋涂与柔性衬底相同材料的溶液后，将SOI硅片设置空腔的一面置于柔性衬底表面固化成形，即得到超薄多模态传感器，实际实现时，柔性衬底上可设置多个SOI硅片以形成阵列式的传感器。

以下具体列举三个工艺对本申请的传感器结构的制备方法进行说明。

工艺1：

(1)SOI硅片掺杂：采用硼酸溶液作为硼源，将SOI硅片浸入到上述溶液中，以溶液刚浸没SOI硅片上表面为宜，采用激光扫描的方式对SOI硅片的上层硅进行掺杂，制备压力传感电阻、温度传感电阻和湿度传感电阻。硼源溶液的浓度范围为0.1mg/L，激光波长为355nm，功率为1W，扫描速度为50mm/s，制备压力传感电阻时扫描次数为5次，制备温度传感电阻时扫描次数为3次，制备湿度传感电阻时扫描次数为2次。在掺杂完成后的SOI硅片的上表面旋涂四氯金酸溶液(浓度为0.1mg/L)，烘干后采用激光扫描形成连接导线，激光参数为：波长为355nm，功率为1W，扫描速度为100mm/s；

(2)SOI硅片减薄：将SOI硅片的上层硅朝下置于去离子水中，SOI硅片的下层硅表面与去离子水液面相平，采用激光扫描的方式对SOI硅片的下层硅进行减薄，在减薄的过程中调整去离子水的液面高度，使其始终保持与硅片SOI下层硅表面相平。激光参数为：波长为355nm，功率范围为2W，扫描速度为50mm/s，减薄后的SOI硅片的厚度为20μm。

(3)空腔制备：当SOI硅片的厚度减薄到20μm后，继续采用激光扫描技术在SOI硅片的下层硅表面刻蚀圆形空腔结构，空腔的深度为5μm，激光参数为：波长为355nm，功率范围为1W，扫描速度为50mm/s。最后，采用PI作为柔性衬底，在柔性衬底表面旋涂PI溶液后，将SOI硅片的设置空腔的一面置于柔性衬底表面固化成形，得到超薄多模态传感器。

工艺2：

(1)SOI硅片掺杂：采用溴化硼溶液作为硼源，将SOI硅片浸入到上述溶液中，以溶液刚浸没SOI硅片的上表面为宜，采用激光扫描的方式对SOI硅片的上层硅进行掺杂，制备压力传感电阻、温度传感电阻和湿度传感电阻。硼源溶液的浓度范围为1mg/L，激光波长为532nm，功率为5W，扫描速度为500mm/s，制备压力传感电阻时扫描次数为10次，制备温度传感电阻时扫描次数为5次，制备湿度传感电阻时扫描次数为1次。在掺杂完成后的SOI硅片的上表面旋涂银氨溶液(浓度为1mg/L)，烘干后采用激光扫描形成连接导线，激光参数为：波长为532nm，功率为5W，扫描速度为100mm/s。

(2)SOI硅片减薄：将SOI硅片的上层硅朝下置于去离子水中，SOI硅片的下层硅表面与去离子水液面相平，采用激光扫描的方式对SOI硅片的下层硅进行减薄，在减薄的过程中调整去离子水的液面的高度，使其始终保持与SOI硅片的下层硅表面相平。激光参数为：波长为355nm，功率范围为2W，扫描速度为50mm/s，减薄后SOI硅片的厚度为15μm。

(3)空腔制备：当SOI硅片的厚度减薄到15μm后，继续采用激光扫描技术在SOI硅片的下层硅表面刻蚀圆形空腔结构，空腔的深度为5μm，激光参数为：波长为355nm，功率范围为1W，扫描速度为50mm/s。最后，采用PI作为柔性衬底，在柔性衬底表面旋涂PI溶液后，将SOI硅片的设置空腔的一面置于柔性衬底表面固化成形，得到超薄多模态传感器。

工艺3：

(1)SOI硅片掺杂：采用溴化硼溶液作为硼源，将SOI硅片浸入到上述溶液中，以溶液刚浸没SOI上表面为宜，采用激光扫描的方式对SOI硅片的上层硅进行掺杂，制备压力传感电阻、温度传感电阻和湿度传感电阻。硼源溶液的浓度范围为1mg/L，激光波长为532nm，功率为5W，扫描速度为500mm/s，制备压力传感电阻时扫描次数为10次，制备温度传感电阻时扫描次数为5次，制备湿度传感电阻时扫描次数为1次。在掺杂完成后的SOI硅片的上表面旋涂醋酸铜溶液(浓度为1mg/L)，烘干后采用激光扫描形成连接导线，激光参数为：波长为532nm，功率为5W，扫描速度为100mm/s。

(2)SOI硅片减薄：将SOI硅片的上层硅朝下置于去离子水中，SOI硅片的下层硅表面与去离子水液面相平，采用激光扫描的方式对SOI硅片的下层硅进行减薄，在减薄的过程中调整去离子水的液面高度，使其始终保持与硅片SOI硅片的下层硅表面相平。激光参数为：波长为1064nm，功率范围为10W，扫描速度为2000mm/s，减薄后SOI硅片的厚度为10μm。

(3)空腔制备：当SOI硅片的厚度减薄到10μm后，继续采用激光扫描技术在SOI硅片的下层硅表面刻蚀圆形空腔结构，空腔的深度为5μm，激光参数为：波长为1064nm，功率范围为10W，扫描速度为2000mm/s。最后，采用PU作为柔性衬底，在柔性衬底表面旋涂PU溶液后，将SOI硅片的设置空腔的一面置于柔性衬底表面固化成形，得到超薄多模态传感器。

本申请的传感器结构的制备方法，包括以下步骤：提供SOI硅片；在SOI硅片的一侧形成至少两种传感电阻，以及，在SOI硅片的另一侧形成一空腔，至少两种传感电阻位于空腔的沿SOI硅片的厚度方向的投影区域内。本申请通过设置至少两种传感电阻及空腔，利用空腔的可变形性满足传感电阻的工作需求，可对多种参数同时进行监测，通过激光扫描技术，不仅能够克服传统机械减薄对SOI硅片的损伤，实现超薄器件的制备，还具有工艺简单、可大面积制备的优点。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (15)

1.一种传感器结构，其特征在于，包括SOI硅片，所述SOI硅片的一侧设置至少两种传感电阻，所述SOI硅片的另一侧设置一空腔，所述至少两种传感电阻位于所述空腔的沿所述SOI硅片的厚度方向的投影区域内。

2.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述SOI硅片的埋氧层将所述SOI硅片分隔为上层硅和下层硅，所述至少两种传感电阻设置在所述上层硅，所述空腔设置在所述下层硅。

3.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述至少两种传感电阻包括压力传感电阻、温度传感电阻、湿度传感电阻中的至少两种。

4.根据权利要求3所述的传感器结构，其特征在于，所述至少两种传感电阻通过在所述SOI硅片一侧的不同区域掺杂不同浓度的硼原子得到，所述压力传感电阻对应区域的硼原子掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3，所述温度传感电阻对应区域的硼原子掺杂浓度为1×10¹⁵cm^-3～1×10¹⁸cm^-3，所述湿度传感电阻对应区域的硼原子掺杂浓度为1×10¹²cm^-3～1×10¹⁵cm^-3。

5.根据权利要求3所述的传感器结构，其特征在于，所述压力传感电阻为多个，并分布在所述空腔的所述投影区域的边缘区域和/或中间区域；所述温度传感电阻为至少一个，并设在所述边缘区域与所述中间区域之间；所述湿度传感电阻为至少一个，并设在所述边缘区域与所述中间区域之间。

6.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，所述SOI硅片的厚度小于或等于20μm，所述空腔的深度为5μm～15μm。

7.根据权利要求1所述的传感器结构，其特征在于，还包括柔性衬底，所述SOI硅片的设置所述空腔的一侧固定在所述柔性衬底上。

8.一种传感器结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.提供SOI硅片；

b.在所述SOI硅片的一侧形成至少两种传感电阻，以及，在所述SOI硅片的另一侧形成一空腔，所述至少两种传感电阻位于所述空腔的沿所述SOI硅片的厚度方向的投影区域内。

9.根据权利要求8所述的传感器结构的制备方法，其特征在于，所述b步骤，包括：

b1.在所述SOI硅片的上层硅的不同区域掺杂不同浓度的硼原子，形成至少两种传感电阻；

b2.对所述SOI硅片的下层硅进行减薄：

b3.在减薄后的下层硅形成所述空腔，所述至少两种传感电阻位于所述空腔的沿所述SOI硅片的厚度方向的投影区域内。

10.根据权利要求9所述的传感器结构的制备方法，其特征在于，所述b1步骤，包括：

将未掺杂的SOI硅片以上层硅朝上的方向浸入用于提供硼源的溶液中，使所述上层硅的上表面与所述溶液的液面之间的距离小于10mm；

采用激光扫描技术对SOI硅片的上层硅的不同区域进行不同浓度的硼掺杂，形成至少两种传感电阻。

11.根据权利要求10所述的传感器结构的制备方法，其特征在于，所述至少两种传感电阻包括压力传感电阻、温度传感电阻、湿度传感电阻中的至少两种；所述压力传感电阻对应区域的硼原子掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3～1×10²⁰cm^-3，所述温度传感电阻对应区域的硼原子掺杂浓度为1×10¹⁵cm^-3～1×10¹⁸cm^-3，所述湿度传感电阻对应区域的硼原子掺杂浓度为1×10¹²cm^-3～1×10¹⁵cm^-3。

12.根据权利要求11所述的传感器结构的制备方法，其特征在于，所述压力传感电阻为多个，并分布在所述空腔的所述投影区域的边缘区域和/或中间区域；所述温度传感电阻为至少一个，并设在所述边缘区域与所述中间区域之间；所述湿度传感电阻为至少一个，并设在所述边缘区域与所述中间区域之间。

13.根据权利要求9所述的传感器结构的制备方法，其特征在于，所述b2步骤，包括：

将所述SOI硅片以下层硅朝上的方向置于去离子水中，使所述下层硅的表面与所述去离子水的液面相平或高于所述去离子水的液面；

采用激光扫描技术对所述下层硅进行减薄，在减薄的过程中，保持所述下层硅的表面与所述去离子水的液面相平或高于所述去离子水的液面。

14.根据权利要求9所述的传感器结构的制备方法，其特征在于，所述b3步骤，包括：

采用激光扫描技术在所述SOI硅片的所述下层硅的表面刻蚀所述空腔；

所述b步骤之后，还包括：

提供一柔性衬底；

将所述SOI硅片的设置所述空腔的一侧固定在所述柔性衬底上。

15.根据权利要求9至14中任一项所述的传感器结构的制备方法，其特征在于，所述SOI硅片减薄后的厚度小于或等于20μm，所述空腔的深度为5μm～15μm。

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