;所述壳体包括塑料外壳8、塑料底盖9、导压管10，所述塑料外壳8底部设置有塑料底盖9，塑料外壳8顶部设置有导压管10，所述导压管10底部设置有导压底口 11、导压底口 11底部与传感器芯片的硅底层I相连接，所述塑料外壳8内壁设置有支撑框架12，所述传感器芯片的硅顶层3与支撑框架12相接触，所述支撑框架12上设置有金属引线13，所述塑料底盖9上设置有焊盘14，所述传感器芯片的电极6、金属引线13、焊盘14通过引线依次连接。
[0041]所述硅底层I的梯形凹槽内设置有软硅胶15，用于隔绝与外界环境的接触。
[0042]还包括偏置电压16、偏置电极17，所述偏置电极17设置在娃底层I末端面，所述偏置电极17与壳体外的偏置电压16相连接。
[0043]还包括玻璃晶圆片18，玻璃晶圆片18设置有空腔，所述空腔设置在受力应变薄膜层5与硅纳米线4上方，起到密封、保护作用。
[0044]如图4所示，一种基于巨压阻特性的硅纳米线压力传感器的制造方法，包括如下步骤:
[0045]步骤一:选用P型111晶向的SOI硅芯片作为传感器芯片制备的材质，硅底层厚度为350_850nm，绝缘二氧化娃层厚度为100-200nm，娃顶层厚度为50_150nm ；
[0046]步骤二:分别用硫酸与双氧水混合溶液和去离子DI水各冲洗SOI娃片7-13分钟；
[0047]步骤三:在SOI硅芯片的硅顶层以倾斜角度5-9°，20keV能量注入1016Dose/cm3剂量的硼离子，时间为12分钟，然后放置于高温退火炉中20-40秒以使硼离子均匀分布；
[0048]步骤四:正方形硅受力应变薄膜层，硅纳米线，电极图形曝光于EL-13%正电子束光刻胶，接着在sf6/n2环境下，通过ICP干法刻蚀；
[0049]步骤五:浸泡在49% HF溶液1_2分钟去除TE0S，并通过363K TMAH湿法腐蚀SOI硅芯片硅底层，腐蚀出梯形凹槽；
[0050]步骤六:TE0S沉积于娃纳米线的周围以保护娃纳米线，并在CF4/Ar以娃纳米线图案ICP干法刻蚀位于SOI硅芯片中间的绝缘二氧化硅层；
[0051]步骤七:以温度400-450°C，时间为30_50分钟溅射铝作为硅纳米线的电极引出端电极；
[0052]步骤八:旋涂光刻胶，光刻后保留电极区域的光刻胶，有效防止后续释放硅纳米线对电极的腐蚀；
[0053]步骤九:利用Buffered Oxide Etcher，B0E溶液释放娃纳米线，最后利用超临界干燥仪干燥得到释放的纵横向双根对称硅纳米线结构；
[0054]步骤十:利用等离子体Ba和Hf间隔20-40分钟先后对硅纳米线表面进行两次注入轰击，使得硅纳米线表面形成粗糙度的缺陷以及带电荷的杂质，调制生成表面态；
[0055]步骤^:利用光刻、刻蚀与剥离工艺在SOI娃芯片娃底层做下偏置电极，用于施加偏置电压耗尽硅纳米线导电沟道，形成部分区域夹断，可有利于充分实现硅纳米线巨压阻特性；
[0056]步骤十二:划片，封装，完成基于巨压阻特性的硅纳米线压力传感器的制作。
[0057]如图5所示，具体使用方式如下:在SOI基片的硅顶层上制备硅纳米线和正方形受力应变薄膜层，释放的2对水平方向的硅纳米线和2对垂直方向的硅纳米线制备于正方形受力应变薄膜层边缘周围，通过正方形应变薄膜正面与外界环境进行力交换，2对水平方向的硅纳米线与外围三个阻值相同的精密的电阻构成惠斯顿电桥电路I ;2对垂直方向的硅纳米线与外围三个阻值相同的精密的电阻构成惠斯顿电桥电路2，两个惠斯顿电桥电路均采用恒压源供电。
[0058]当外界有应力存在的时候，就会在应变薄膜层形成一个沿应力方向的应力梯度分布，对称分布的2对水平方向的硅纳米线和2对垂直方向的硅纳米线产生的巨压阻效应使其阻值的发生剧烈变化，2个惠斯顿电桥电路分别输出电压变化值，然后通过外围的MCU控制多路复用开关ADG604多点测量输出电压的变化值，对输出电压与压力值进行标定就可以精确检测就可以得到这个应力大小的信息。
[0059]整个传感器芯片只有硅底层与外界应力环境接触，硅纳米线巨压阻敏感结构通过封装与外界环境隔绝，因此能够避免受到外界环境的污染。2对水平方向的硅纳米线和2对垂直方向的硅纳米线通过超临界释放悬挂于底层硅之上，能够增强硅纳米线巨压阻敏感结构的阻值变化强度，降低芯片的应力损失，以便提高传感器的灵敏度。
[0060]传感器芯片制备方案中，将SOI硅片硅顶层通过掺杂一定浓度的硼离子得到硅纳米线特性，然后采用的是MEMS干法刻蚀工艺制备正方形受力应变薄膜层，硅纳米线排列结构，电极，并以硅纳米线排列结构图案刻蚀中间的绝缘二氧化硅层，以便后续硅纳米线的释放；制备硅底层上的梯形凹槽采用MEMS各向同性湿法腐蚀工艺；最后通过临界点干燥工艺得到硅纳米线巨压阻结构释放，此外通过硅纳米线表面化学修饰和施加偏置电压可以调控其巨压阻特性。
[0061]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种基于巨压阻特性的硅纳米线压力传感器，包括:壳体、传感器芯片，其特征在于:所述传感器芯片包括:硅纳米线巨压阻敏感结构、硅底层、绝缘二氧化硅层、硅顶层，所述硅底层、绝缘二氧化硅层、硅顶层从下至上依次设置，所述硅底层设置有梯形凹槽；所述硅纳米线巨压阻敏感结构设置在硅顶层上，所述硅纳米线巨压阻敏感结构包括多根硅纳米线、受力应变薄膜层、多块电极，所述电极设置为四块，四块电极呈正方形分布，所述受力应变薄膜层设置在四块电极中心位置；所述多根硅纳米线包括四对平行设置的两根硅纳米线，所述四对平行设置的两根硅纳米线分别连接在四块电极与受力应变薄膜层之间；所述壳体包括塑料外壳、塑料底盖、导压管，所述塑料外壳底部设置有塑料底盖，塑料外壳顶部设置有导压管，所述导压管底部设置有导压底口、导压底口底部与传感器芯片的硅底层相连接，所述塑料外壳内壁设置有支撑框架，所述传感器芯片的硅顶层与支撑框架相接触，所述支撑框架上设置有金属引线，所述塑料底盖上设置有焊盘，所述传感器芯片的电极、金属引线、焊盘通过引线依次连接。2.根据权利要求1所述的基于巨压阻特性的硅纳米线压力传感器及其封装结构，其特征在于:所述硅底层的梯形凹槽内设置有软硅胶，用于隔绝与外界环境的接触。3.根据权利要求1所述的基于巨压阻特性的硅纳米线压力传感器及其封装结构，其特征在于:还包括偏置电压、偏置电极，所述偏置电极设置在硅底层末端面，所述偏置电极与壳体外的偏置电压相连接。4.根据权利要求1所述的基于巨压阻特性的硅纳米线压力传感器及其封装结构，其特征在于:还包括玻璃晶圆片，玻璃晶圆片设置有空腔，所述空腔设置在受力应变薄膜层与硅纳米线上方，起到密封、保护作用。5.根据权利要求1所述的基于巨压阻特性的硅纳米线压力传感器及其封装结构，其特征在于:所述硅纳米线在绝缘二氧化硅层对应位置处设置有通槽，用于加强硅纳米线对压力变化的感应灵敏度。6.根据权利要求1所述的基于巨压阻特性的硅纳米线压力传感器及其封装结构，其特征在于:所述硅纳米线利用等离子体Ba和Hf进行表面修饰。7.根据权利要求1所述的基于巨压阻特性的硅纳米线压力传感器及其封装结构，其特征在于:所述硅顶层采用掺杂硼离子的硅材质。8.一种基于巨压阻特性的硅纳米线压力传感器的制造方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤一:选用P型111晶向的SOI硅芯片作为传感器芯片制备的材质，硅底层厚度为350-850nm，绝缘二氧化硅层厚度为100_200nm，硅顶层厚度为50_150nm ； 步骤二:分别用硫酸与双氧水混合溶液和去离子DI水各冲洗SOI硅片7-13分钟； 步骤三:在SOI硅芯片的硅顶层以倾斜角度5-9°，20keV能量注入1016Dose/cm3剂量的硼离子，时间为12分钟，然后放置于高温退火炉中20-40秒以使硼离子均匀分布； 步骤四:正方形硅受力应变薄膜层，硅纳米线，电极图形曝光于EL-13%正电子束光刻胶，接着在SF6/N2环境下，通过ICP干法刻蚀； 步骤五:浸泡在49% HF溶液1-2分钟去除TE0S，并通过363KTMAH湿法腐蚀SOI硅芯片硅底层，腐蚀出梯形凹槽； 步骤六:TE0S沉积于娃纳米线的周围以保护娃纳米线，并在CF4/Ar以娃纳米线图案ICP干法刻蚀位于SOI硅芯片中间的绝缘二氧化硅层； 步骤七:以温度400-450°C，时间为30-50分钟溅射铝作为硅纳米线的电极引出端电极； 步骤八:旋涂光刻胶，光刻后保留电极区域的光刻胶，有效防止后续释放硅纳米线对电极的腐蚀； 步骤九:利用Buffered Oxide Etcher，B0E溶液释放娃纳米线，最后利用超临界干燥仪干燥得到释放的纵横向双根对称硅纳米线结构； 步骤十:利用等离子体Ba和Hf间隔20-40分钟先后对硅纳米线表面进行两次注入轰击，使得硅纳米线表面形成粗糙度的缺陷以及带电荷的杂质，调制生成表面态； 步骤十一:利用光刻、刻蚀与剥离工艺在SOI硅芯片硅底层做下偏置电极，用于施加偏置电压耗尽硅纳米线导电沟道，形成部分区域夹断，可有利于充分实现硅纳米线巨压阻特性； 步骤十二:划片，封装，完成基于巨压阻特性的硅纳米线压力传感器的制作。
【专利摘要】本发明公开了一种基于巨压阻特性的硅纳米线压力传感器及其封装结构，包括：壳体、传感器芯片，所述传感器芯片包括：硅纳米线巨压阻敏感结构、硅底层、绝缘二氧化硅层、硅顶层；所述硅纳米线巨压阻敏感结构包括多根硅纳米线、受力应变薄膜层、多块电极，所述多根硅纳米线包括四对平行设置的两根硅纳米线，所述四对平行设置的两根硅纳米线分别连接在四块电极与受力应变薄膜层之间；所述硅纳米线在绝缘二氧化硅层对应位置处设置有通槽。本发明提供的基于巨压阻特性的硅纳米线压力传感器及其封装结构，通过外部环境气压引起传感器芯片形成机械应力改变硅纳米线导电沟道的空穴浓度巨减，甚至夹断来实现巨压阻效应。
【IPC分类】B82Y15/00, G01L1/18, B82Y40/00
【公开号】CN105181189
【申请号】CN201510695617
【发明人】张加宏, 杨敏, 葛益娴, 赵阳
【申请人】南京信息工程大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年10月23日