本发明专利技术涉及一种双质量块多边形结构的MEMS压电矢量水听器芯片的制备方法。包括加工衬底硅基片、压电复合悬臂结构、多边环形支撑结构、上下质量块。所述压电复合悬臂结构包括一体化的：悬臂中心和多条压电复合悬臂梁；所述压电复合悬臂梁的一端与所述质量块相连，其另一端与所述多边环形支撑结构一侧的内壁相连；上质量块和下质量块对称分布于所述多边环形支撑结构的正中心；相邻两个压电复合悬臂梁与多边环形支撑结构之间构成一个缝隙；多边环形支撑结构与下质量块之间形成孔洞。这种双质量块多边形结构的MEMS压电矢量水听器芯片的制备方法，工艺稳定性好，可行性强，成品率高。成品率高。成品率高。
【技术实现步骤摘要】
双质量块多边形结构的MEMS压电矢量水听器芯片的制备方法
[0001]本专利技术涉及传感
，特别涉及一种双质量块多边形结构的MEMS压电矢量水听器芯片的制备方法。
技术介绍
[0002]相较于传统水听器，MEMS矢量水听器由于MEMS工艺使其具有体积小、功耗低、成本低、易阵列化的优点；“8”字形指向性使其能够测量水下声场的矢量信息，如质点位移、速度和加速度等，有利于水下远距离、多目标的识别。
[0003]良好的指向性是衡量MEMS矢量水听器的重要指标之一。现有技术中，矢量水听器常用单质量块的悬臂梁结构，其“8”字形指向性具有较大的偏斜，经研究发现这种偏斜主要是由于敏感结构的不对称性造成的。实际应用中发现单质量块的悬臂梁结构已无法满足目前对水听器指向性和灵敏度的需求。因此，制备出一种指向性好、灵敏度高的MEMS压电矢量水听器芯片是亟待解决的技术问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于进一步提高MEMS矢量水听器的指向性与灵敏度，相较于现有技术中矢量水听器采用的单质量块悬臂梁结构存在的敏感结构的不对称性造成问题，本专利技术提供了一种双质量块多边形结构的MEMS压电矢量水听器芯片的制备方法，使用该制备方法可以稳定高效的制备双质量块多边形结构的MEMS压电矢量水听器芯片。
[0005]为了解决传统单质量块悬臂梁结构存在的敏感结构的不对称性造成问题，该制备方法首先通过仿真软件对双质量块多边形结构的MEMS压电矢量水听器芯片进行建模，根据下质量块的尺寸和位置以及具体的多边形结构，对上质量块的尺寸与放置位置进行分析与优化，以确保上下质量块整体的重心与压电复合悬臂结构的重心重合。随后根据仿真分析得到的数据，制备均匀的多边形结构以及关于压电复合悬臂结构对称的上下质量块，以保证上下质量块整体的重心与压电复合悬臂结构的重心重合。通过该方法制备出的双质量块多边形结构的MEMS压电矢量水听器芯片，其灵敏度与指向性均得到了极大的提高；并且由于其上下质量块整体的重心与压电复合悬臂结构的重心重合，其在x
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z平面与y
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z平面均呈现出无偏的“8”字形指向性，且x
‑
z平面与y
‑
z平面的指向性能很好的重合，一致性良好。
[0006]本专利技术的一种双质量块多边形结构的MEMS压电矢量水听器芯片的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0007]步骤1.准备衬底硅基片；
[0008]步骤2.在衬底硅基片表面沉积绝缘层；
[0009]步骤3.在绝缘层的上表面沉积金属膜，并对金属膜进行图形化，形成下电极；
[0010]步骤4.在下电极的上表面制备压电膜层，并对压电膜层图形化，形成压电层；
[0011]步骤5.在压电层的上表面沉积金属膜，并对金属膜进行图形化，形成上电极；
[0012]步骤6.在衬底硅基片的上表面涂覆光刻胶，并在光刻胶上露出需刻蚀的多个缝隙
的图形并图形化，分别对绝缘层、器件硅层进行湿法腐蚀或干法刻蚀，形成多个缝隙，为多条悬臂和下质量块的释放做准备；
[0013]步骤7.在衬底硅基片的背面制备体刻蚀掩膜层，并对体刻蚀掩膜层进行图形化；
[0014]步骤8.对衬底基片的底部进行湿法腐蚀或干法刻蚀，形成孔洞，并释放得到多条悬臂和下质量块；所述孔洞中间的基底硅层即为下质量块；
[0015]步骤9.在所述压电复合悬臂结构的上表面粘贴或键合一个上质量块，且所述上质量块与下质量块位于压电复合悬臂结构上下表面的相同位置处；所述下质量块(11)通过刻蚀、粘贴或键合制得。
[0016]作为上述技术方案的改进之一，所述步骤1中采用SOI基片或普通硅基片作为衬底基片；所述SOI硅基片包括由上到下依次堆叠的：器件硅层、SOI埋氧层和基底硅层；所述普通硅基片包括由上到下依次堆叠的：器件硅层和基底硅层；
[0017]当采用SOI基片作为衬底基片时，所述步骤8中，对SOI基片的基底硅层和SOI埋氧层由外向内进行湿法腐蚀或干法刻蚀；
[0018]当采用普通硅基片作为衬底基片时，所述步骤8中，对普通硅基片的基底硅层进行湿法腐蚀或干法刻蚀。
[0019]作为上述技术方案的改进之一，所述步骤2中的绝缘层为二氧化硅层、氮化硅层、多晶硅层、磷硅玻璃层或由其中至少两种形成的复合层。
[0020]作为上述技术方案的改进之一，所述步骤3与步骤5中的金属膜为铝、钼、金、铬、铂、钛，或由其中至少两种金属形成的复合膜。
[0021]作为上述技术方案的改进之一，所述步骤4中的压电层为氧化锌压电膜，氮化铝压电膜，锆钛酸铅压电膜，PMN
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PT压电膜，钙钛矿型压电膜，有机压电膜，或由其中至少1种压电膜与掺杂元素形成的掺杂膜，或由其中至少两种压电膜形成的复合膜，或在表面设置隔离层的某种压电膜或者复合膜；所述隔离层为氮化硅层、二氧化硅层、多晶硅层、磷硅玻璃层或由其中至少两种形成的复合膜；
[0022]所述掺杂元素为钒、铁、铬、锰、钐、铟、镧、镨、钴或铌，实际应用中并不局限于列举的的这些元素。
[0023]作为上述技术方案的改进之一，所述步骤7中的体刻蚀掩膜层为二氧化硅层，氮化硅层，多晶硅层，磷硅玻璃层，金属铝，金，或由其中至少两种材料形成的复合层组成的硬掩膜，或光刻胶，或硬掩膜与光刻胶组成的复合掩膜层。
[0024]作为上述技术方案的改进之一，所述多边形结构为：五边形、六边形、七边形、八边形、九边形或十边形，对应地，在步骤6中分别形成五个、六个、七个、八个、九个或十个缝隙，在步骤8中分别释放得到五条、六条、七条、八条、九条或十条悬臂。
[0025]作为上述技术方案的改进之一，所述步骤9中的上质量块与下质量块质量相同，使得上下质量块整体的重心与压电复合悬臂结构的重心重合。
[0026]作为上述技术方案的改进之一，为了保证上下质量块整体的重心与压电复合悬臂结构的重心重合，所述步骤9具体包括：
[0027]通过仿真软件对双质量块多边形结构的MEMS压电矢量水听器芯片进行建模，根据下质量块的尺寸和位置以及具体的多边形结构，对上质量块的尺寸与放置位置进行分析与优化，以确保上下质量块整体的重心与压电复合悬臂结构的重心重合；
[0028]对上质量块进行制备：根据优化后的上质量块尺寸，设计掩膜版；采用双面抛光的普通硅基片作为衬底，沉积支撑层，并在支撑层表面涂敷较厚的光刻胶；对硅基片的另一面使用掩膜版进行图形化，并对体硅进行湿法腐蚀或干法刻蚀；去除光刻胶和支撑层，得到上质量块；
[0029]将上质量块键合或粘贴在压电复合悬臂结构上已优化好的位置，使得上质量块位置与下质量块上下对称，且位置正对，上下质量块整体的重心与压电复合悬臂结构的重心重合；
[0030]其中，所述支撑层为铝、金、铬、铂、钛、二氧化硅、氮化硅，或由其中至少两种形成的复合膜。
[0031]作为上述技术方案的改进之一，所述方法制备出双质量块多边形结构的MEM本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种双质量块多边形结构的MEMS压电矢量水听器芯片的制备方法，所述方法包括以下步骤：步骤1.准备衬底硅基片；步骤2.在衬底硅基片表面沉积绝缘层(4)；步骤3.在绝缘层(4)的上表面沉积金属膜，并对金属膜进行图形化，形成下电极(6)；步骤4.在下电极(6)的上表面制备压电膜层，并对压电膜层图形化，形成压电层(7)；步骤5.在压电层(7)的上表面沉积金属膜，并对金属膜进行图形化，形成上电极(8)；步骤6.在衬底硅基片的上表面涂覆光刻胶，并在光刻胶上露出需刻蚀的多个缝隙(12)的图形并图形化，分别对绝缘层(4)、器件硅层(1)进行湿法腐蚀或干法刻蚀，形成多个缝隙(12)，为多条悬臂和下质量块(10)的释放做准备；步骤7.在衬底硅基片的背面制备体刻蚀掩膜层(5)，并对体刻蚀掩膜层(5)进行图形化；步骤8.对衬底基片的底部进行湿法腐蚀或干法刻蚀，形成孔洞(9)，并释放得到多条悬臂和下质量块(10)；所述孔洞(9)中间的基底硅层(3)即为下质量块(10)；步骤9.在所述压电复合悬臂结构的上表面粘贴或键合一个上质量块(11)，且所述上质量块(11)与下质量块(10)位于压电复合悬臂结构上下表面的相同位置处；所述下质量块(11)通过刻蚀、粘贴或键合制得。2.根据权利要求1所述的双质量块多边形结构的MEMS压电矢量水听器芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤1中采用SOI基片或普通硅基片作为衬底基片；所述SOI硅基片包括由上到下依次堆叠的：器件硅层(1)、SOI埋氧层(2)和基底硅层(3)；所述普通硅基片包括由上到下依次堆叠的：器件硅层(1)和基底硅层(3)；当采用SOI基片作为衬底基片时，所述步骤8中，对SOI基片的基底硅层(3)和SOI埋氧层(2)由外向内进行湿法腐蚀或干法刻蚀；当采用普通硅基片作为衬底基片时，所述步骤8中，对普通硅基片的基底硅层(3)进行湿法腐蚀或干法刻蚀。3.根据权利要求1所述的双质量块多边形结构的MEMS压电矢量水听器芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的绝缘层(4)为二氧化硅层、氮化硅层、多晶硅层、磷硅玻璃层或由其中至少两种形成的复合层。4.根据权利要求1所述的双质量块多边形结构的MEMS压电矢量水听器芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤3与步骤5中的金属膜为铝、钼、金、铬、铂、钛，或由其中至少两种金属形成的复合膜。5.根据权利要求1所述的双质量块多边形结构的MEMS压电矢量水听器芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤4中的压电层(7)为氧化锌压电膜，氮化铝压电膜，锆钛酸铅压电膜，PMN
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【专利技术属性】
技术研发人员：樊青青，邓威，李俊红，遆金铭，余卿，汪承灏，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：
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