【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于mems传感器，特别涉及一种压阻式矢量水听器，具体是一种超浅结硅纳米线矢量水听器及其制备方法。
技术介绍
1、水听器在海洋渔业、海底资源勘测、海上搜救、水下反潜等方面发挥着重要的作用，mems矢量水听器得益于其矢量性和微型化得到了广泛的应用。但传统的mems矢量水听器是基于体硅压阻效应，也就是依靠应力调控载流子迁移率进而改变压阻阻值的方式进行水声信号探测，这种敏感方式的灵敏度较低，已逐渐无法满足现代各行业的使用要求。因此，亟需专利技术一种基于新型敏感单元和敏感方式的mems矢量水听器，以实现高灵敏的水声探测。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了现有矢量水听器灵敏度低的问题，而提供一种基于超浅结注入形成的硅纳米线作为敏感单元的矢量水听器。该矢量水听器通过微型柱体和四梁结构对水声信号进行力矩传递，基于巨压阻效应，通过超浅结注入硼杂质和mems工艺刻蚀形成的超浅结硅纳米线压阻敏感单元组成的惠斯通电实现对水声信号的高灵敏探测。
2、本专利技术是通过如下技术方案实现的：
3、一种超浅结硅纳米线矢量水听器，包括soi基片和微型柱体；soi基片上刻蚀形成四梁结构、中心质量块及soi基片外边框，四梁结构为四根矩形梁，中心质量块一体连接于四梁结构的中心位置处，中心质量块与四梁结构位于同一平面，四梁结构的四个端部分别与soi基片外边框一体连接，微型柱体垂直固定于中心质量块上表面的中心位置处；四梁结构中的每根矩形梁的内、外两端都分别设置有一个超浅结硅纳米线压阻
4、作为优选的技术方案，soi基片的边长为4000um，厚度为450um；微型柱体的高度为5000um，半径为175um；四梁结构中的每根矩形梁的长度为1000um、宽度为160um、厚度为20um；中心质量块的边长为600um、厚度为20um；基片外边框的宽度为700um。
5、本专利技术的另一个目的是提供了上述超浅结硅纳米线矢量水听器的制备方法，具体包括如下步骤：
6、s1：选取soi晶圆作为基底，其顶部为器件层、中部为埋氧层、底部为衬底层，其中，器件层类型为n型，晶向为<100>，电阻率为10~20ω·cm。
7、s2：在器件层上在低能量的条件下注入低剂量的硼杂质，掺杂形成一层百纳米级的p型超浅结。
8、s3：正面刻蚀器件层，形成硅纳米线。
9、s4：正面淀积一层氧化硅，并刻蚀硅纳米线两端的氧化硅以形成浓硼离子注入孔，刻蚀中心位置的氧化硅以形成微型柱体安装孔。
10、s5：通过注入孔高能注入浓硼杂质，在注入孔处形成重掺杂区并进行快速退火处理。
11、s6：正面溅射金属并图形化形成金属引线，合金退火形成欧姆接触，至此，超浅结硅纳米线压阻敏感单元制备完成。
12、s7：正面刻蚀氧化硅和器件层形成四梁结构和中心质量块。
13、s8：背面深硅刻蚀衬底层和埋氧层，释放四梁结构和中心质量块。
14、s9：将微型柱体通过uv胶垂直粘结固定在安装孔内，最终，超浅结硅纳米线矢量水听器制备完成。
15、作为优选的技术方案，步骤s1中，器件层的厚度为20um，埋氧层的厚度为2um，衬底层的厚度为450um。
16、作为优选的技术方案，步骤s2中，注入能量为10kev，剂量为4×1013cm-2， p型浅结的深度为150nm。
17、作为优选的技术方案，步骤s3中，刻蚀形成的硅纳米线长度为10um，宽度为200nm。
18、作为优选的技术方案，步骤s4中，沉积的氧化硅层的厚度为1um。
19、作为优选的技术方案，步骤s5中，注入能量为100kev，剂量为1016cm-2。
20、本专利技术是针对现有水听器水声探测灵敏度过低的问题而提出的一种基于巨压阻效应的压阻式mems矢量水听器，该矢量水听器通过微型柱体和四梁结构对水声信号进行力矩传递，并通过超浅结硅纳米线压阻敏感单元组成的惠斯通电桥实现高灵敏探测，该矢量水听器适用于水下微弱声音信号的高灵敏探测。
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1.一种超浅结硅纳米线矢量水听器，包括SOI基片（1）和微型柱体（2）；SOI基片上刻蚀形成四梁结构（3）、中心质量块（4）及SOI基片外边框（5），四梁结构（3）为四根矩形梁，中心质量块（4）一体连接于四梁结构（3）的中心位置处，中心质量块（4）与四梁结构（3）位于同一平面，四梁结构（3）的四个端部分别与SOI基片外边框（5）一体连接，微型柱体（2）垂直固定于中心质量块（4）上表面的中心位置处；其特征在于：四梁结构（3）中的每根矩形梁的内、外两端都分别设置有一个超浅结硅纳米线压阻敏感单元，超浅结硅纳米线压阻敏感单元呈长方体状，其长度方向与矩形梁的长度方向一致；超浅结硅纳米线压阻敏感单元的上表面为“氧化硅-P型硅”界面（18）、下表面为“N型硅-P型硅”（19）界面，在上表面和下表面的两个界面处形成的耗尽区（19）产生部分重叠（20）；超浅结硅纳米线压阻敏感单元的两个侧表面均为“氧化硅-P型硅”界面（18），在两个侧表面的两个界面处形成的耗尽区（19）产生部分重叠（20）；超浅结硅纳米线压阻敏感单元的两端分别由欧姆接触（17）连接金属引线（16）；左、右两根矩形梁上的四个超浅结硅
2.根据权利要求1所述的超浅结硅纳米线矢量水听器，其特征在于：SOI基片（1）的边长为4000um，厚度为450um；微型柱体（2）的高度为5000um，半径为175um；四梁结构（3）中的每根矩形梁的长度为1000um、宽度为160um、厚度为20um；中心质量块（4）的边长为600um、厚度为20um；基片外边框（5）的宽度为700um。
3.如权利要求1所述的超浅结硅纳米线矢量水听器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据利要求3所述的超浅结硅纳米线矢量水听器的制备方法，其特征在于：步骤S1中，器件层（8）的厚度为20um，埋氧层（9）的厚度为2um，衬底层（10）的厚度为450um。
5.根据利要求3所述的超浅结硅纳米线矢量水听器的制备方法，其特征在于：步骤S2中，注入能量为10keV，剂量为4×1013cm-2， P型浅结的深度为150nm。
6.根据利要求3所述的超浅结硅纳米线矢量水听器的制备方法，其特征在于：步骤S3中，刻蚀形成的硅纳米线长度为10um，宽度为200nm。
7.根据利要求3所述的超浅结硅纳米线矢量水听器的制备方法，其特征在于：步骤S4中，沉积的氧化硅（13）层的厚度为1um。
8.根据利要求3所述的超浅结硅纳米线矢量水听器的制备方法，其特征在于：步骤S5中，注入能量为100keV，剂量为1016cm-2。
...【技术特征摘要】
1.一种超浅结硅纳米线矢量水听器，包括soi基片（1）和微型柱体（2）；soi基片上刻蚀形成四梁结构（3）、中心质量块（4）及soi基片外边框（5），四梁结构（3）为四根矩形梁，中心质量块（4）一体连接于四梁结构（3）的中心位置处，中心质量块（4）与四梁结构（3）位于同一平面，四梁结构（3）的四个端部分别与soi基片外边框（5）一体连接，微型柱体（2）垂直固定于中心质量块（4）上表面的中心位置处；其特征在于：四梁结构（3）中的每根矩形梁的内、外两端都分别设置有一个超浅结硅纳米线压阻敏感单元，超浅结硅纳米线压阻敏感单元呈长方体状，其长度方向与矩形梁的长度方向一致；超浅结硅纳米线压阻敏感单元的上表面为“氧化硅-p型硅”界面（18）、下表面为“n型硅-p型硅”（19）界面，在上表面和下表面的两个界面处形成的耗尽区（19）产生部分重叠（20）；超浅结硅纳米线压阻敏感单元的两个侧表面均为“氧化硅-p型硅”界面（18），在两个侧表面的两个界面处形成的耗尽区（19）产生部分重叠（20）；超浅结硅纳米线压阻敏感单元的两端分别由欧姆接触（17）连接金属引线（16）；左、右两根矩形梁上的四个超浅结硅纳米线压阻敏感单元通过金属引线连接组成检测笛卡尔坐标系中x方向水声信号的惠斯通电桥，前、后两根矩形梁上的四个超浅结硅纳米线压阻敏感单元通过金属引线连接组成检测笛卡尔坐标系中y方向水声信号的惠斯通电桥。
2.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：王任鑫，张文栋，刘国昌，李皓璇，柴宇佳，高晨璇，张国军，崔建功，杨玉华，何常德，贾利成，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：
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