伸展模态传感器及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种伸展模态传感器及其制造方法，所述伸展模态传感器至少包括：左右对称的两个质量块；互相平行、左右对称并可在平面内伸缩的两个微梁；所述微梁中形成有离子注入区；所述微梁两端分别与两个质量块连接；两个支撑台；所述支撑台阶一端往顶端方向逐渐缩小并与所述微梁中部外侧连接并使得所述质量块与所述微梁悬空；所述质量块上的金属连线将两根微梁中的离子注入区同侧两端连接起来；所述支撑台上的金属连线一端连接所述微梁中的离子注入区中部；所述质量块上的金属连线外侧区域形成有具有统一振幅的敏感膜。本发明的传感器工作在平面内伸展模态，统一的振幅提高了传感器的线性度和可重复性，实现了精确测量。
【专利说明】伸展模态传感器及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于微纳传感器领域，涉及一种传感器，特别是涉及一种伸展模态传感器 及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 谐振式微机械悬臂梁生化传感器作为一种重要的生化检测手段，具有快速、 便宜、易于使用和高灵敏度的特点，在环境监测、食品工业、医学诊断、国家安全等方面 有着广泛的应用。这类生化传感器都是基于对被检测物的特异性吸附增加其有效质 量，使得传感器的谐振频率下降，从而得到传感器的输出响应。由于易于驱动，制作工 艺简单的特点，谐振式传感器报道目前主要集中于平面外弯曲模态(AppliedPhysics Letter, 2005, 86, 233501;ReviewofScientificInstruments, 2008, 79, 074301)。
[0003] 根据谐振式传感器的工作原理，其输出响应正比于吸附分子所增加的有效 质量。谐振器可以等效为一个弹簧质量块模型x=Asin(?t+a)，《是其谐振频 率，A是等效振幅，a是相位。其谐振频率可以通过能量守恒原理得到：一个质量 为m0的分子被吸附于振幅为V的位置，那么该系统势能最大值为
【权利要求】
1. 一种伸展模态传感器的制造方法，其特征在于，所述伸展模态传感器的制造方法至 少包括以下步骤： 1) 提供一衬底，在所述衬底表面形成一图形化氧化层；所述图形化氧化层包括左右对 称的两个质量块区域、互相平行且左右对称的两个微梁区域及两个支撑台区域；所述微梁 区域两端分别与两个质量块区域连接；所述支撑台区域一端往顶端方向逐渐缩小并与所述 微梁区域中部外侧连接； 2) 在所述微梁区域中进行离子注入，注入深度到达所述图形化氧化层下的衬底中，形 成离子注入区； 3) 刻蚀所述图形化氧化层周围的衬底至预设深度； 4) 在所述质量块区域及所述支撑台区域上形成金属连线；所述质量块区域上的金属连 线将两根微梁区域下方的离子注入区同侧两端连接起来；所述支撑台区域上的金属连线一 端连接所述微梁区域下方的离子注入区中部； 5) 在所述金属连线上形成绝缘层；所述绝缘层覆盖所述金属连线； 6) 在所述质量块区域上的金属连线外侧区域形成具有统一振幅的敏感膜； 7) 刻蚀所述衬底背面，形成悬空的质量块、悬空并可在平面内伸缩的微梁及与所述微 梁连接的支撑台；所述质量块、微梁及支撑台的位置分别与所述质量块区域、微梁区域及支 撑台区域的位置相对应。
2. 根据权利要求1所述的伸展模态传感器的制造方法，其特征在于：所述绝缘层覆盖 所述金属连线及其外侧区域的图形化氧化层，所述敏感膜形成于所述金属连线外侧的绝缘 层上。
3. 根据权利要求1所述的伸展模态传感器的制造方法，其特征在于：所述绝缘层仅覆 盖所述金属连线，所述敏感膜形成于所述金属连线外侧的图形化氧化层上。
4. 根据权利要求1所述的伸展模态传感器的制造方法，其特征在于：所述敏感膜下方 还包括一金属层；所述金属层的材料包括Au、Pt、Cu、Al、Ag中的至少一种。
5. 根据权利要求1所述的伸展模态传感器的制造方法，其特征在于：所述微梁通过电 热驱动在平面内伸缩。
6. 根据权利要求1所述的伸展模态传感器的制造方法，其特征在于：所述敏感膜为气 体敏感膜。
7. 根据权利要求1所述的伸展模态传感器的制造方法，其特征在于：所述衬底为SOI 衬底。
8. -种伸展模态传感器，其特征在于：所述伸展模态传感器至少包括： 左右对称的两个质量块； 互相平行、左右对称并可在平面内伸缩的两个微梁；所述微梁中形成有离子注入区； 所述微梁两端分别与两个质量块连接； 两个支撑台；所述支撑台阶一端往顶端方向逐渐缩小并与所述微梁中部外侧连接并使 得所述质量块与所述微梁悬空； 金属连线，形成于所述质量块及所述支撑台上；所述质量块上的金属连线将两根微梁 中的离子注入区同侧两端连接起来；所述支撑台上的金属连线一端连接所述微梁中的离子 注入区中部； 绝缘层，覆盖所述金属连线； 敏感膜，形成于所述质量块上的金属连线外侧区域并具有统一振幅。
9. 根据权利要求8所述的伸展模态传感器，其特征在于：所述伸展模态传感器工作在 平面内伸展模态。
10. 根据权利要求8所述的伸展模态传感器，其特征在于：所述伸展模态传感器为气体 传感器。
【文档编号】B81C1/00GK104236593SQ201310234484
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月13日 优先权日:2013年6月13日
【发明者】李昕欣, 俞锋 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所