The invention relates to an acoustic sensor with energy acquisition function and a manufacturing method thereof. The conventional capacitive acoustic sensor has little response to the external low frequency signal, which results in the neglect of part of the energy of the acoustic signal. The invention comprises a silicon substrate, a SiO2 etching stop layer, a polycrystalline silicon coil, a SiO2 vibration film support layer, a polycrystalline silicon vibration film support layer, a SiO2 back electrode support layer, a SiNx insulating layer, a polycrystalline silicon back plate layer and an Al2O3 passivating layer in turn from the bottom to the top. Square spiral polycrystalline silicon coil is located between SiO2 etching stop layer and SiO2 film support layer, embedded in SiO2 film support layer. The polycrystalline silicon film is mounted on the back cavity, which is separated from the vibration cavity. The circular magnetic coil is attached to the bottom surface of the polycrystalline silicon film. The invention is extremely sensitive to low frequency signals, and can not only satisfy the performance of acoustic sensors, but also realize energy acquisition.
【技术实现步骤摘要】
一种具有能量采集功能的声学传感器及其制作方法
本专利技术属于硅微机械加工
,涉及一种具有能量采集功能的声学传感器及其制作方法。
技术介绍
传统的声学传感器是一个可以接收声波并且能够把声信号转换成电测仪器能够识别的电信号的设备,从而使得不易被测量的声学量能够很容易被测出,也使得声波被人们更为广泛的研究和利用。典型的声学传感器工作原理就是声电转换,即把不易测量的声音信号转换成为容易被电测仪器测出的电信号。目前应用最多的声学传感器主要有动圈式、压电陶瓷式和电容式三大类,其他类型的,如果细分的话,也都属于这三大类之中。而在这三种转换方式中,应用最广泛的就是电容式。随着智能时代的发展,传感器得到了前所未有的普及。在传感器遍布各地的同时,能量损耗的问题亟待解决。我们迫切的需要传感器可以自给自足,通过自身就可以对能量进行收集,从而摆脱外界能源的限制,实现更多灵活多样的应用。而且,我们认为自然界中的能量无所不在,触手可及,只需加以采集即可使用。例如,振动是一种无处不在的能量之源,我们可以通过感知微小的振动,并将其能量进行采集,进而给传感器供能。因此,我们设计了一种可以采集能量的声学传感器,在不增加工艺复杂度的同时,既可以感知声学,又可以作为一种能量采集装置,从而真正实现低功耗,甚至零功耗传感器。目前,在许多无线传感器中都有能量采集功能,这些传感器都能够实现自给供能,然而,我们认为在其他传感器中也需要实现自给供能,满足低功耗需求。其中,较为直接的就是声学传感器,它可以感知声音产生振动,从而实现能量收集。传统的电容式声学传感器存在一个问题,它对外界低频信号几乎不响应,比 ...
【技术保护点】
1.一种具有能量采集功能的声学传感器,其特征在于:由下向上依次包括硅衬底(1)、SiO2刻蚀停止层(2)、多晶硅线圈(3)、SiO2振膜支撑层(4)、多晶硅振膜层(5)、SiO2背电极支撑层(6)、SiNx绝缘层(7)、多晶硅背板层(8)、Al2O3钝化层(9);方形螺旋线条状的多晶硅线圈(3)位于SiO2刻蚀停止层(2)与SiO2振膜支撑层(4)之间,并嵌在SiO2振膜支撑层(4)内;贯穿硅衬底(1)、SiO2刻蚀停止层(2)和SiO2振膜支撑层(4)开设有圆筒形的背腔(10),贯穿SiO2背电极支撑层(6)开设有圆筒形的振动腔(11);圆形的多晶硅振膜层(5)架设在背腔(10)上,将背腔(10)和振动腔(11)分隔,圆环形磁性线圈(12)通过圆环形SiO2支架(13)黏附在多晶硅振膜层(5)的下表面;SiNx绝缘层(7)、多晶硅背板层(8)和Al2O3钝化层(9)构成复合型背板,复合型背板架设在振动腔(11)上;贯穿复合型背板设有通孔(14),多个通孔(14)成矩阵排列;复合型背板下表面设置有防粘着点(15),多个防粘着点(15)成矩阵排列;通孔(14)与防粘着点(15)交错布置; ...
【技术特征摘要】
1.一种具有能量采集功能的声学传感器,其特征在于:由下向上依次包括硅衬底(1)、SiO2刻蚀停止层(2)、多晶硅线圈(3)、SiO2振膜支撑层(4)、多晶硅振膜层(5)、SiO2背电极支撑层(6)、SiNx绝缘层(7)、多晶硅背板层(8)、Al2O3钝化层(9);方形螺旋线条状的多晶硅线圈(3)位于SiO2刻蚀停止层(2)与SiO2振膜支撑层(4)之间,并嵌在SiO2振膜支撑层(4)内;贯穿硅衬底(1)、SiO2刻蚀停止层(2)和SiO2振膜支撑层(4)开设有圆筒形的背腔(10),贯穿SiO2背电极支撑层(6)开设有圆筒形的振动腔(11);圆形的多晶硅振膜层(5)架设在背腔(10)上,将背腔(10)和振动腔(11)分隔,圆环形磁性线圈(12)通过圆环形SiO2支架(13)黏附在多晶硅振膜层(5)的下表面;SiNx绝缘层(7)、多晶硅背板层(8)和Al2O3钝化层(9)构成复合型背板,复合型背板架设在振动腔(11)上;贯穿复合型背板设有通孔(14),多个通孔(14)成矩阵排列;复合型背板下表面设置有防粘着点(15),多个防粘着点(15)成矩阵排列;通孔(14)与防粘着点(15)交错布置;两个线圈电极(16)和(17)分别依次穿过Al2O3钝化层(9)、SiO2背电极支撑层(6)、SiO2振膜支撑层(4)设置,一端与多晶硅线圈(3)相接,另一端伸出Al2O3钝化层(9);一个振膜电极(18)依次穿过Al2O3钝化层(9)、SiO2背电极支撑层(6)设置,一端与多晶硅振膜层(5)相接,另一端伸出Al2O3钝化层(9);一个背电极(19)穿过Al2O3钝化层(9)设置,一端与多晶硅背板层(8)相接,另一端伸出Al2O3钝化层(9);所述的线圈电极、振膜电极、背电极为圆柱形电极。2.如权利要求1所述的一种具有能量采集功能的声学传感器,其特征在于:所述的硅衬底(1)的厚度为300~500um。3.如权利要求1所述的一种具有能量采集功能的声学传感器,其特征在于:所述的SiO2刻蚀停止层(2)、SiO2振膜支撑层(4)是厚度为200~1000nm的SiO2薄膜。4.如权利要求1所述的一种具有能量采集功能的声学传感器,其特征在于:所述的多晶硅振膜层(5)是厚度为100~500nm的多晶硅薄膜。5.如权利要求1所述的一种具有能量采集功能的声学传感器,其特征在于:所述的SiO2背电极支撑层(6)是300~500um的SiO2层。6.如权利要求1所述的一种具有能量采集功能的声学传感器,其特征在于:所述的SiNx绝缘层(7)是200~500nm的SiNx薄膜。7.如权利要求1所述的一种具有能量采集功能的声学传感器,其特征在于:所述的多晶硅背板层(8)是200~500nm多晶硅薄膜。8.如权利要求1所述的一种具有能量采集功能的声学传感器,其特征在于:所述的Al2O3钝化层(9)是500~1000nmAl2O3薄膜。9.如权利要求1所述的一种具有能量采集功能的声学传感器的制作方法,其特征在于该方法的具体步骤是:步骤(1).采用化学气相沉积技术、热氧化法或正硅酸乙酯热分解法在厚度为300~500um的硅衬底(1)上制备厚度为200~1000nm的SiO2薄膜,该SiO2薄膜层即为SiO2刻蚀停止层(2);步骤(2).SiO2刻蚀停止层(2)上采用化学气相沉积技术制备100~500nm的多晶硅薄膜;在该多晶硅薄膜层的中心保留一圆形区域,而在该区域外靠近边缘位置,采用光刻刻蚀方法刻蚀出方形螺旋线条状突起,作为多晶硅线圈(3);在该多晶硅薄膜层的圆形保留区域,采用光刻刻蚀方法刻蚀出同心圆环凹槽结构,用于后期...
【专利技术属性】
技术研发人员:吴丽翔,王俊力,王高峰,
申请(专利权)人:杭州电子科技大学,
类型:发明
国别省市:浙江,33
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