CN206291985U - 斜抛光纤低压传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种斜抛光纤低压传感器，通过传统的MEMS微细加工与光纤斜抛技术相结合形成一个新型结构，利用V型槽阵列固定端面镀膜的45度斜抛光纤，另一面与硅敏感膜基底键合，光纤45度端面与硅基底的敏感膜形成法布里‑珀罗腔。同时还公开了制作该传感器的方法，主要步骤为：通过湿法腐蚀法在硅晶圆上制作V型光纤槽阵列和一定厚度的硅敏感膜阵列，利用硅‑硅键合技术将硅敏感膜基底和V型光纤槽键合，随后固定单模光纤将其压紧，最后划片并封装。本实用新型结构新颖，灵敏度高，可靠性好，线性测量范围大，成本低廉，可批量生产，应用于工业中的压力检测。

Description

斜抛光纤低压传感器

技术领域

本实用新型涉及一种基于斜抛光纤和硅片湿化腐蚀工艺的斜抛光纤低压传感器器件。

背景技术

随着MEMS技术的快速发展，对结构的改进、制备手段的提高以及封装技术的改良成为了人们对这一技术的主要需求。现有光纤法布里-珀罗干涉仪主要是用来测量应变，它是由置于石英毛细管中的两段切割好的光纤端面和中间的空气隙组成谐振腔而成。利用其原理，基于光纤斜抛和硅片湿化腐蚀的斜抛光纤低压传感器具有精度高，线性测量范围大，制作方法易于实现的优点。

此外，国内外研制光纤传像束的方法有鼓轮绕丝法、酸溶法、V型槽法等。通常采用横向移动的鼓轮绕制排丝法，所制作的是密排列的低纤径的光纤阵列，这种技术比较成熟，但精度有限。酸溶法则无法制作线性光纤阵列。长线列光纤传像束中的光纤有紧密排列和V型槽定位两种方式。由于光纤的拉制是不均匀的，因此对于紧密排列来说，其累积串长误差较大。而利用V型槽定位就解决了这一问题，V型槽是利用体硅工艺而制成，精度非常高，利用它解决了传感器批量生产的问题。

实用新型内容

本实用新型即是基于以上所述现状进行的，目的在于制作一种结构新颖、成本低、精度高、有望批量生产的斜抛光纤低压传感器。同时，提供该传感器的制作方法。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型斜抛光纤低压传感器采用如下技术方案：

本实用新型公开了一种斜抛光纤低压传感器，包括V型光纤槽、硅敏感膜以及斜抛光纤，该斜抛光纤的端面具有倾斜的光纤反射面；V型光纤槽的背部通过硅-硅键合的方式和硅敏感膜的基底连接成一体；斜抛光纤搭接在V型光纤槽的两倾斜槽壁上，且斜抛光纤与V型光纤槽的两槽壁形成的间隙中采用紫外粘结剂粘结固定；光纤反射面背向V型光纤槽设置；所述斜抛光纤的侧壁与硅敏感膜形成法布里-珀罗腔。

光纤反射面的倾角为45°。

所述光纤反射面镀银膜；银膜厚度约为50nm。

V型光纤槽、硅敏感膜均基于硅片腐蚀工艺制成。

所述斜抛光纤端面所具有的光纤反射面是通过斜抛光纤工艺制成。

通过上述的技术方案，相对于现有技术，本实用新型具有如下的优点：

通过上述传感器加工步骤得到的结构：光纤45度端面与硅基底的敏感膜形成F-P腔，光经过光纤直接进入F-P腔，避免了其他介质对光路的影响；传感器制作过程中所需的主要材料为单模光纤、硅片、玻璃板、紫外固化胶，材料易于收集且成本低廉。F-P腔的腔长由光纤槽深度决定。整个制作过程采取抛磨、腐蚀、硅-硅键合等方法，传感器机械性能高，制作步骤简单。因此，借助本实用新型可以实现制作简单，灵敏度高，动态测量范围大，可靠性好且可批量生产的光纤压力传感器。

附图说明

图1是斜抛光纤低压传感器的传感原理示意图。

图2a是传感器的截面图；图2b是传感器的侧视图。

图3是本实用新型传感器加工制作的主要工艺流程图；其中，a-g是本实用新型的工艺流程中，相应工序对应的结构示意图。

图4是传感器应用时采用的解调系统。

图5是膜厚为200μm，腔长为322.71μm的传感器实验结果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例做进一步详细说明。

本实用新型基于硅的湿法腐蚀技术以及光纤斜抛加工技术，在传统的硅晶圆上利用通过湿法腐蚀工艺加工硅晶圆，腐蚀成硅敏感膜，另一与之键合的硅晶圆对应腐蚀形成V型槽结构，光纤端面斜抛呈45°并镀膜，经过粘结封装形成压力传感器。

本实施例制备斜抛光纤低压传感器的步骤如下:

a)对两片相同的硅片进行RCA标准清洁，用丙酮、酒精、去离子水超声清洗5分钟，然后用氮气吹干；

b)V型光纤槽阵列的制作。首先对单晶硅进行双面氧化，单面沉积氮化硅，形成保护层。再制作掩膜板，光刻开窗，选择性去除保护层，形成V型光纤槽阵列1-1图案。接着用KOH溶液进行硅片湿法腐蚀，控制反应时间得到光纤槽所需深度。最后去除氧化硅、氮化硅保护膜；

c)硅敏感膜阵列的制作。首先对单晶硅进行双面氧化，单面沉积氮化硅，形成保护层。再制作掩膜板，光刻开窗，选择性去除保护层，形成硅敏感膜阵列1-2图案。接着用KOH溶液进行硅片湿法腐蚀，控制反应时间得到硅敏感膜所需厚度。最后去除氧化硅、氮化硅保护膜；

d)V型光纤槽和硅基底键合。将(b)中V型槽1-1和(c)中硅敏感膜的基底1-2固定在两加热器中间并紧密接触并加温，在高温下加高电压，使两者完成硅-硅键合；

e)进行光纤排纤工作，并对排好的光纤端面进行的斜抛并抛光，构建45度反射面；

f)利用磁控溅射镀膜机在抛磨好的光纤1-3的45度斜面上镀银膜，增加其反射率。银膜厚度约为50nm；

g)光纤固定及对准。将排好的45度光纤1-3压入与之排布方式对应的光纤槽阵列1-1中，光纤45度端面朝上，光纤侧壁与硅敏感膜保持平行，保证出射光垂直入射到硅敏感膜并能反射回45度光纤中，然后向V型槽中注入紫外粘结剂1-4，盖上玻璃盖板1-5并将其压紧，用紫外灯照射使粘结剂固化；

h)划片封装。将(g)中固定好的光纤阵列以等间距的V型槽为基准切割为相同大小的单个传感部件，进行封装1-6。

由此可知，本实用新型最终制得的斜抛光纤低压传感器，包括传感部件及上盖，传感部件包括V型光纤槽2-1、硅敏感膜2-2以及斜抛光纤2-3，该斜抛光纤的端面具有倾斜的光纤反射面；V型光纤槽的背部通过硅-硅键合的方式和硅敏感膜的基底连接成一体；斜抛光纤搭接在V型光纤槽的两倾斜槽壁上，且斜抛光纤与V型光纤槽的两槽壁形成的间隙中采用紫外粘结剂粘结固定；光纤反射面背向V型光纤槽设置；所述斜抛光纤的侧壁与硅敏感膜形成法布里-珀罗腔2-4。具体地，光纤反射面的倾角为45°。所述光纤反射面镀银膜；银膜厚度约为50nm。

另外，所述光纤为裸光纤(即为纤芯加包层结构)，硅敏感膜通过湿法腐蚀获得所需膜厚。利用硅-硅键合技术将硅敏感膜基底和V型光纤槽键合，固定单模光纤并利用玻璃盖板将其压紧，再与上盖粘合封装而成。

Claims (5)

1.一种斜抛光纤低压传感器，其特征在于，包括V型光纤槽、硅敏感膜以及斜抛光纤，该斜抛光纤的端面具有倾斜的光纤反射面；V型光纤槽的背部通过硅-硅键合的方式和硅敏感膜的基底连接成一体；斜抛光纤搭接在V型光纤槽的两倾斜槽壁上，且斜抛光纤与V型光纤槽的两槽壁形成的间隙中采用紫外粘结剂粘结固定；光纤反射面背向V型光纤槽设置；所述斜抛光纤的侧壁与硅敏感膜形成法布里-珀罗腔。

2.根据权利要求1所述的斜抛光纤低压传感器，其特征在于，光纤反射面的倾角为45°。

3.根据权利要求1所述的斜抛光纤低压传感器，其特征在于，所述光纤反射面镀银膜；银膜厚度为50nm。

4.根据权利要求1所述的斜抛光纤低压传感器，其特征在于，V型光纤槽、硅敏感膜均基于硅片腐蚀工艺制成。

5.根据权利要求1所述的斜抛光纤低压传感器，其特征在于，所述斜抛光纤端面所具有的光纤反射面是通过斜抛光纤工艺制成。