一种SAW温度传感器的结构及制作方法与流程

本发明涉及传感器制备技术领域，特别是涉及一种声表面波温度传感器的结构及制作方法。

背景技术：

声表面波温度传感器相比于普通传感器，具有低成本、高灵敏度、稳定性好等独特的优点，而且借助无线读取系统可以实现无线无源检测，可广泛应用于电力、汽车、家居、工业制造等行业。但是声表面波温度传感器存在电极的质量加载效应及电极容易氧化等问题，尤其是在高频情况下，这种问题更容易造成器件性能的变化。

为了解决这些问题，我们结合电极制造工艺及保护层沉积工艺，设计了一种新型的声表面波温度传感器制作方法。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的声表面波温度传感器存在能量传输损耗高易氧化的缺点，提供一种采用特定电极制作及保护设计的声表面波温度传感器，以克服上述缺点。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的第一个技术目的是：本发明所述的SAW温度传感器结构，其特征在于，包括：位于底层的衬底材料；位于衬底材料之上的传感器叉指电极；位于叉指电极同一层，在叉指电极周围的氧化区域；位于叉指电极及电极周围氧化区域之上的二氧化硅保护层。

进一步地说，所述衬底材料采用压电衬底，具体衬底材料可以包括石英 压电晶体、铌酸锂压电晶体、钽酸锂压电晶体。

进一步地说，所述电极材料采用铝、铜导电性较好的材料。

本发明的第二个技术目的是指：所述SAW温度传感器结构的制作方法，包括：

(1)所述压电衬底材料经清洗烘干后，在其之上生长一层Al电极层；

(2)采用微电子工艺经过涂胶、光刻、显影、氧化、去胶等步骤形成电极图形；

(3)所述电极图形经过等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)或溅射工艺，形成一层5-20纳米的SiO2层，作为电极的保护层；

(4)将基片切割成分立器件，然后用铝丝焊线机将分立器件键合至封装用基座上，进行封装测试，形成完整的传感器。

进一步地说，所述衬底材料分别先后分别用丙酮、乙醇、去离子水清洗，氮气吹干，在80度高温环境下烘干衬底，烘干时间60秒。

进一步地说，所述电极层厚度根据设计的声表面波波长而定，为波长的5％～10％，生长方法采用电子束蒸发。

进一步地说，步骤(2)中所述氧化过程采用等离子氧化方法，使器件表面没有光刻胶(图形区)的Al被氧化为Al2O3，有光刻胶的部分仍为Al。

(三)有益效果

本发明与现有技术相比有以下优点：

1、本发明声表面波温度传感器的所有制作材料包括压电衬底材料、电极材料、光刻胶、SiO2材料等；

2、本发明所设计的电极结构形成方式采用氧化的方法来实现，形成的电 极表面基本没有起伏，有效克服了电极质量加载不均匀造成的声波能量传输过程中的能量损耗；

3、本发明的传感器采用SiO2保护层材料，可以保护电极材料在使用过程中免受氧化。

附图说明

图1一种谐振器型SAW的结构图；

图2器件的具体加工过程示意图；

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1，示出了声表面波温度传感器单元第一实施例的结构示意图，包括：

压电衬底1：主要可以采用石英晶体、铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、ZnO多晶、AlN材料等具有压电性的材料，用于产生压电效应，在衬底表面产生声表面波；

电极层2：位于压电衬底及SiO2材料之间，并与压电衬底及SiO2层紧密接触，用于同压电衬底相互作用以产生声电-电声信号转换；

电极被氧化的部分3：位于压电衬底及SiO2材料之间，并与压电衬底及SiO2层紧密接触，与电极处于同一层，用于抑制声波信号在传播过程中产生的损耗；

SiO2层4：位于电极材料之上，并与之紧密接触的SiO2保护层，用于将保护电极材料在使用过程中不被氧化。

参照图2，示出了本发明第一实施例传感器制备工艺的流程，具体包括：

步骤(a)：在压电衬底之上生长一层Al电极层，电极厚度根据设计的声表面波波长而定，为波长的5％～10％，图中结构层自下往上依次是压电衬底S201，金属电极材料S202。

步骤(b)：在生长好电极材料之后旋涂一层光刻胶，所形成的结构层自下往上依次是压电衬底S201，金属电极材料S202，光刻胶S203。

步骤(c)：对涂覆好光刻胶的压电衬底进行曝光并经过显影、定影，形成的结构层自下往上依次是压电衬底S201，金属电极材料S202，曝光之后留下来的光刻胶S203。

步骤(d)：传感器结构经过显影后，进行氧化处理，使得器件表面没有光刻胶的Al被氧化为Al2O3，有光刻胶的部分仍为Al，所形成的结构层自下往上依次是压电衬底S201，金属电极材料(氧化的部分S204及未氧化的部分S202)，为图(c)步骤后经过氧化并去胶之后的结果。

步骤(e)：对前述工艺形成的器件之上，将需要引出的电极端子部分阻挡，仅对其余部分进行SiO2的生长。经过PECVD或者溅射工艺，形成一层1-20纳米的SiO2层，作为电极的保护层S205，所形成的结构层自下往上依次是压电衬底S201，金属电极材料(氧化的部分S204及未氧化的部分S202)，氧化硅保护层S205。

经过上述步骤之后，经过剥离工艺，去除套刻步骤中形成的阻挡层，形成完整的器件结构。最后进行引线、封装及测试，形成完整的声表面波温度传感器。

对于前述的各方法实施例，为了描述简单，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域的技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为根据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或同时执行；其次，本领域技术人员也应该知悉，上述方法实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

对本发明公开的一种基于声表面波温度传感器结构及其制作方法，文中 应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。