一种电容式MEMS温度传感器的制作方法

本实用新型涉及一种温度传感器。

背景技术：

温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度是表示物体冷热程度的物理量，是一个十分重要的物理参数，在工农业生产科学研究、国防和人们日常生活等各领域。

电容式温度传感器由于没有电阻式温度传感器的自加热效应影响，拥有更好的测量精度。以及其固有热容量更小减少因传感器自身吸收热量对被测物的影响。但现有的电容式温度传感器的体积大，功耗高，且成本高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是要解决现有电容式温度传感器的体积大，功耗高的问题，而提供一种电容式MEMS温度传感器。

一种电容式MEMS温度传感器，它包括底板、中段和顶盖，底板、中段和顶盖由下至上依次叠在一起；

所述底板包括底板SiO2绝缘膜层、底板Si基层、底板SiO2隔离层、底板Ag电极层和底板AlN绝缘导热层，底板SiO2绝缘膜层、底板Si基层、底板SiO2隔离层、底板Ag电极层和底板AlN绝缘导热层由下至上依次叠在一起；底板呈正方体形，边长为5000μm；

所述中段包括Si支架、中段SiO2绝缘层和三维黑磷电解质层，所述Si支架呈回形，外壁边长为4000μm，内壁边长为3800μm，厚度为2000μm，中段SiO2绝缘层覆盖在Si支架的外壁上，三维黑磷电解质层设置在Si支架内；

所述顶盖包括顶盖SiO2绝缘膜层、顶盖Si基层、顶盖SiO2隔离层、顶盖Ag电极层和顶盖AlN绝缘导热层，顶盖SiO2绝缘膜层、顶盖Si基层、顶盖SiO2隔离层、顶盖Ag电极层和顶盖AlN绝缘导热层由上至下依次叠在一起；顶盖呈正方体形，边长为5000μm。

本实用新型原理及优点：

一、2018年深圳先进技术研究院成功制备黑磷超级电容，并指出黑磷纳米片互相穿插构成的这种三维结构为电子运输提供了非常丰富的路径，这为黑磷三维结构应用于电容介质奠定基础；而本实用新型将三维黑磷作为电容传感器的电解质材料，利用了三维黑磷结构具有的较高的载流子迁移率，以及较大介的电常数，三维黑磷在不同温度下介电常数会发生改变这一特性，将温度转化为电容值的变化；

二、本实用新型一种电容式MEMS温度传感器属于三段式电容结构，MEMS是微机电技术的缩写，使用MEMS技术设计制造的传感器拥有体积小、成本低、功耗低的特点；

三、本实用新型在电容式MEMS温度传感器的底板Si基层和顶盖Si基层，内部设有方形凹槽，且厚度为500μm，使得敏感元件能更好的与外界交换热量。提高了敏感度。

附图说明

图1是一种电容式MEMS温度传感器的结构示意图，图中1表示底板，2表示中段，3表示顶盖；

图2是一种电容式MEMS温度传感器的底板的结构示意图，图中1-1表示底板SiO2绝缘膜层，1-2表示底板Si基层，1-3表示底板SiO2隔离层，1-4表示底板Ag电极层，1-5表示底板AlN绝缘导热层；

图3是图2的剖视图，图中1-1表示底板SiO2绝缘膜层，1-2表示底板Si基层，1-3表示底板SiO2隔离层，1-4表示底板Ag电极层，1-5表示底板AlN绝缘导热层；

图4是一种电容式MEMS温度传感器的顶盖的结构示意图，图中3-1表示顶盖SiO2绝缘膜层，3-2表示顶盖Si基层，3-3表示顶盖SiO2隔离层，3-4表示顶盖Ag电极层，3-5表示顶盖AlN绝缘导热层；

图5是图4的剖视图，图中3-1表示顶盖SiO2绝缘膜层，3-2表示顶盖Si基层，3-3表示顶盖SiO2隔离层，3-4表示顶盖Ag电极层，3-5表示顶盖AlN绝缘导热层；

图6是一种电容式MEMS温度传感器的中段的结构示意图，图中2-1表示Si支架，2-2表示中段SiO2绝缘层，2-3表示三维黑磷电解质层；

图7是图6的剖视图，图中2-1表示Si支架，2-2表示中段SiO2绝缘层，2-3表示三维黑磷电解质层。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是一种电容式MEMS温度传感器，它包括底板1、中段2和顶盖3，底板1、中段2和顶盖3由下至上依次叠在一起；

所述底板1包括底板SiO2绝缘膜层1-1、底板Si基层1-2、底板SiO2隔离层1-3、底板Ag电极层1-4和底板AlN绝缘导热层1-5，底板SiO2绝缘膜层1-1、底板Si基层1-2、底板SiO2隔离层1-3、底板Ag电极层1-4和底板AlN绝缘导热层1-5由下至上依次叠在一起；底板1呈正方体形，边长为5000μm；

所述中段2包括Si支架2-1、中段SiO2绝缘层2-2和三维黑磷电解质层2-3，所述Si支架2-1呈回形，外壁边长为4000μm，内壁边长为3800μm，厚度为2000μm，中段SiO2绝缘层2-2覆盖在Si支架2-1的外壁上，三维黑磷电解质层2-3设置在Si支架2-1内；

所述顶盖3包括顶盖SiO2绝缘膜层3-1、顶盖Si基层3-2、顶盖SiO2隔离层3-3、顶盖Ag电极层3-4和顶盖AlN绝缘导热层3-5，顶盖SiO2绝缘膜层3-1、顶盖Si基层3-2、顶盖SiO2隔离层3-3、顶盖Ag电极层3-4和顶盖AlN绝缘导热层3-5由上至下依次叠在一起；顶盖3呈正方体形，边长为5000μm。

本实施方式中三维黑磷电解质层2-3中三维黑磷由四丁基溴化磷作为电解质经过电化学方法合成的类似海绵体的结构。

本实施方式所述的底板Si基层1-2和顶盖Si基层3-2均是晶向为<100>的双抛4英寸硅片。底板SiO2绝缘膜层1-1和底板SiO2隔离层1-3的材质相同，均是通过干氧氧化方法在底板Si基层1-2上生长的SiO2膜层；顶盖SiO2绝缘膜层3-1和顶盖SiO2隔离层3-3的材质相同，均是通过干氧氧化方法在顶盖Si基层3-2上生长的SiO2膜层。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述底板SiO2绝缘膜层1-1和顶盖SiO2绝缘膜层3-1呈回形，外边长为5000μm，内边长为3400μm；所述底板Si基层1-2和顶盖Si基层3-2呈正方形，内部设有方形凹槽，底板Si基层1-2的边长为5000μm，底板Si基层1-2的方形凹槽剖面呈等腰梯形，角度为57°4′，上底边长为3000μm，顶盖Si基层3-2的边长为5000μm，顶盖Si基层3-2的方形凹槽剖面呈倒等腰梯形凹槽，角度为57°4′，下底边长为3000μm；所述底板SiO2隔离层1-3和顶盖SiO2隔离层3-3呈正方形，边长为5000μm；所述底板Ag电极层1-4和顶盖Ag电极层3-4呈凸形，凸形底部呈正方形，边长为3000μm，凸形头部呈正方形，边长为1000μm；所述底板AlN绝缘导热层1-5和顶盖AlN绝缘导热层3-5呈正方形，边长为4000μm，底板AlN绝缘导热层1-5底部呈凸形槽，凸形槽的底部呈正方形，边长为3000μm，凸形槽的头部呈长方形，长为1000μm，宽为500μm，顶盖AlN绝缘导热层3-5顶部呈凸形槽，凸形槽的底部呈正方形，边长为3000μm，凸形槽的头部呈长方形，长为1000μm，宽为500μm。其他与具体实施方式一相同。

本实施方式底板Ag电极层1-4和顶盖Ag电极层3-4呈凸形，凸形头部的目的是引出的电极焊盘。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二的不同点是：所述底板SiO2绝缘膜层1-1和顶盖SiO2绝缘膜层3-1的回形中心、底板Si基层1-2和顶盖Si基层3-2的正方形中心和方形凹槽中心、底板SiO2隔离层1-3和顶盖SiO2隔离层3-3的正方形中心、底板Ag电极层1-4和顶盖Ag电极层3-4的凸形底部的正方形中心、底板AlN绝缘导热层1-5和顶盖AlN绝缘导热层3-5的正方形中心和Si支架2-1的回形中心沿厚度方向在一条直线上。其他与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述底板SiO2绝缘膜层1-1和顶盖SiO2绝缘膜层3-1的厚度为4μm。其他与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述底板Si基层1-2和顶盖Si基层3-2的厚度为500μm。其他与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述底板SiO2隔离层1-3和顶盖SiO2隔离层3-3的厚度为4μm。其他与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述底板Ag电极层1-4和顶盖Ag电极层3-4的厚度为0.8μm。其他与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述底板AlN绝缘导热层1-5和顶盖AlN绝缘导热层3-5的厚度为4μm凸形槽的厚度为3.2μm。其他与具体实施方式一至三相同。

本实用新型内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现实用新型的目的。