基于薄膜体声波谐振器的磁场传感器的制作方法

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本实用新型涉及一种基于薄膜体声波谐振器的磁场传感器，属于微电子技术领域。


背景技术：

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磁场传感器在上世纪70至80年代形成，90年代时磁传感器已发展的较为成熟和完善，在国民经济、国防建设、科学技术、医疗卫生等领域都发挥着重要作用，已经成为现代传感器产业的一个重要的分支，在传统产业应用和改造、资源探查、环境保护、生物工程、交通智能化等各个方面，磁场传感器的应用越来越重要，尤其在在电机工业、电力电子技术、计算机技术、汽车工业等行业，磁场传感器的运用更加的广泛。
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随着现代科技的不断进步，人们对磁场传感器进行了更深入的研究和开发，为了实现自动化、高效率、更安全的检测，对磁场传感器在低功耗、稳定性、低成本、微型化、可集成等技术指标上有了更高的要求，而传统磁场传感器已经不能满足这样的需求，所以对新式磁场传感器的需求日益增加。
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薄膜体声波谐振器由于高品质因素、体积小、可集成、低功率等特点，近年来越来越受人们的重视，同时也在无线通信领域得到了广泛应用。磁致伸缩是指物体在磁场中磁化时，在磁化方向会发生伸长或缩短，而这恰巧是反映磁场变化的间接物理现象，将薄膜体声波谐振器和磁致伸缩效应结合起来的磁场传感器可以很好的解决传统磁场传感器所遇到的问题，所以需要体积更小、功耗更小、易于集成、更高效的基于薄膜体声波谐振器的磁场传感器。


技术实现要素：

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目的：为了解决传统磁场传感器技术中存在的不足，本实用新型提供了一种基于薄膜体声波谐振器的磁场传感器。
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为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
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基于薄膜体声波谐振器的磁场传感器，其特征在于：整体结构从下至上包括硅村底、绝缘支撑层、下电极、压电层、上电极以及上电极两侧的绝缘体块；所述上电极采用具有磁致伸缩效应的材料，便于随磁场大小发生变化；所述硅衬底上刻蚀形成空气腔并在上方沉积绝缘支撑层作为声波反射层。
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所述下电极使用金属钼或者铝材料，所述上电极使用具有磁致伸缩效应的金属镍材料，其厚度为0.1um-0.2um。
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所述压电层使用具有压电效应的氧化锌材料，其厚度为1um-3um。
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所述上电极两侧的绝缘体块使用二氧化硅材料，其厚度为0.1-0.5um。
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本实用新型还提供所述的基于薄膜体声波谐振器的磁场传感器的制备方法，包括以下步骤：首先采用半导体工艺在硅衬底上表面刻蚀形成深度5um-20um的空气腔，在硅衬底上表面热生长一层厚度为0.1um-0.3um 的绝缘二氧化硅作为支撑层，接着采用直流磁控
溅射沉积金属钼作为下电极，随后采用溶胶-凝胶工艺在下电极上生长氧化锌作为压电层，然后在压电层上采用电子蒸发束法沉积上磁致伸缩性材料金属镍作为上电极，最后在上电极两侧热生长形成厚度为0.1-0.5um的绝缘二氧化硅材料块。
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本实用新型的效果：本实用新型提供的是基于薄膜体声波谐振器的磁场传感器，当磁性金属镍上电极感受到磁场时，由于磁致伸缩效应，上电极的厚度会发生形变，电极厚度的变化会导致谐振频率的偏移，通过测量谐振点的偏移大小来测得磁场强度大小，撤去磁场后金属镍恢复原状；同时上电极两侧突起的绝缘二氧化硅结构可以有效地抑制压电层中的杂散模式，提高谐振器的q值，从而提高传感器的灵敏度。
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本实用新型的优点：基于薄膜体声波谐振器的磁场传感器体积小，从而降低成本，易于集成，制造工艺相对简单；同时，基于薄膜体声波谐振器的磁场传感器能够在低电压电源下工作，耗电少、寿命长，并且可重复使用。
附图说明
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图1是本实用新型中薄膜体声波谐振器的剖面图；
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图2是本实用新型中上电极金属镍磁致伸缩系数与磁场强度的关系图；
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图3是本实用新型磁场强度与传感器谐振频率偏移的关系图。
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图中：图1中上电极两侧绝缘体块1、上电极2、压电层3、下电极4、绝缘支撑层5、衬底硅6，图2描述了电极镍的磁致伸缩系数随磁场强度变化的关系，图3描述了传感器谐振频率偏移量随磁场强度变化的关系。
具体实施方式
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下面结合附图和实施例来对本实用新型具体描述，以下实例仅用于更清楚地说明本实用新型的技术方案。
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如图一所示，结构从上至下包括上电极两侧绝缘体1、上电极2、压电层3、下电极4、绝缘支撑层5、衬底硅6；所述上电极2采用磁致伸缩性材料，便于随磁场大小发生变化；所述硅衬底6上刻蚀形成空气腔并在上方沉积绝缘支撑层作为声波反射层；所述下电极3使用金属钼或者铝材料，所述上电极2使用具有磁致伸缩效应的金属镍材料，其厚度为0.1um-0.2um；所述压电层3使用具有压电效应的氧化锌材料，其厚度为1um-3um；所述上电极两侧的绝缘体块1使用二氧化硅材料，其厚度为0.1-0.5um。
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实施例1：
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首先采用深反应离子刻蚀法在硅衬底6上表面刻蚀5um-20um的空腔，在硅衬底6上表面热生长层厚度为0.2um的绝缘二氧化硅支撑层5,接着采用直流磁控溅射沉积厚度为0.15um的金属钼下电极4,随后采用溶胶-凝胶工艺在下电极上生长厚度为2um氧化锌压电层3；然后在压电层上采用电子蒸发束法沉积厚度为0.15um的上电极2磁致伸缩性材料金属镍，最后在上电极2两侧热生长形成厚度为0.2um的绝缘二氧化硅材料。
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将制作完成的谐振器焊接在pcb板上用于测试，pcb 连接网络分析仪来显示谐振器的谐振曲线，再通过labview软件对谐振器的谐振频率进行实时监测，在谐振器上电极厚度方向施加一定强度的磁场，随着磁场强度的不断增加，如图二所示，金属镍的磁致伸缩系数也不断减小直至稳定，上电极厚度不断发生变化，从而使谐振频率点发生偏移，如图三所
示，是基于薄膜体声波谐振器的磁场传感器的谐振频率点偏移与磁场强度的关系。
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本实用新型中基于薄膜体声波谐振器的磁场传感器具有体积小、成本低、易于集成、可重复使用等优点，在磁场探测领域有很好的应用前景。
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以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，做出的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。