基于硅晶圆键合工艺的MEMS电容式超声传感器设计

• 作者: 于佳琪 何常德 宛克敬 廉德钦 张慧 张文栋 苗静 薛晨阳
• 来源期刊: 传感技术学报
• 学科: 工学
• 关键词: 超声传感器 一体化全振薄膜 ANSYS 电容 硅晶圆键合 灵敏度
• 年，卷（期）: 2012,（12）
• 所属期刊栏目: 物理类传感器
• 页码范围: 1653-1658
• 页数: 6页
• 分类号: TN552
• 字数: 3743字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1004-1699.2012.12.006

摘要

针对目前电容超声传感器多采用表面工艺制备,存在振膜应力大、厚度均匀性控制差且表面需要沉积分立电极而造成传感器灵敏度低、归一化位移小、频率易偏差的缺点,提出基于硅晶圆键合工艺的MEMS电容超声传感器.采用应力小、厚度均匀的SOI顶层硅作为敏感单元的一体化全振微传感薄膜,无需沉积分立电极,易于加工且频率偏差小.通过下电极的区域化定义及巧妙互联,避免了非活跃区的寄生电容.通过ANSYS及MATLAB对所设计的5种工作频率在124 kHz ～ 484 kHz之间、满足水下成像需求的传感器结构进行性能分析,表明传感器的电容变化量为650.62 fF/Pa～ 10.827 fF/Pa,满足现有条件的信号检测,输出电压灵敏度可达1.700 mV/Pa.与同频率指标的传统基于牺牲工艺而制备的金属-氮化膜堆栈结构对比表明,本结构频率可预测性高,偏差仅为0.0535％；振膜变形更均匀,归一化位移提高0.0432％以上；灵敏度平均提高11.9249 dB.