[发明专利]一种基于CMUT的温度传感器及其制备方法与应用方法

权利要求书

1.一种基于CMUT的温度传感器，其特征在于：其整体结构由温度敏感薄膜（1）和基座（2）两部分组成；其中温度敏感薄膜（1）采用高热膨胀系数半导体材料制成，其中部经离子掺杂形成上电极；基座（1）中部自上而下依次为C型空腔（7）、二氧化硅隔绝层（6）、T型下电极（5）；且T型下电极下部（4）外侧由内而外依次为应力缓解凹槽（10）以及二氧化硅底板（9），二氧化硅底板（9）上围绕C型空腔设置有二氧化硅支柱（8）；所述T型下电极上部（3）位于二氧化硅底板（9）上侧，为下电极的主要部分；T型下电极下部（4）在厚度方向上贯通二氧化硅底板（9），用于电连接。

2.根据权利要求1所述的基于CMUT的温度传感器，其特征在于：所述应力缓解凹槽（10）深度与T型下电极下部（4）厚度相同，将T型下电极下部（4）与二氧化硅底板（9）在横向方向上隔开。

3.根据权利要求1所述的基于CMUT的温度传感器，其特征在于：所述应力缓解凹槽（10）表面覆盖有氮化硅层（11）。

4.一种基于CMUT的温度传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）取一<111>晶向单晶硅作为第一单晶硅（12），光刻、刻蚀其上表面形成第一凹槽，并采用局部离子掺杂技术，从第一单晶硅上、下两侧进行离子参杂，形成T型下电极（5）；

（2）光刻第一单晶硅的第一凹槽表面，刻蚀第一凹槽内壁与T型下电极上部之间的未参杂单晶硅，刻蚀深度与T型下电极上部厚度相同，此时初步形成C型空腔形状；

（3）光刻第一单晶硅下表面，从其下表面刻蚀与T型下电极下部相接的未掺杂单晶硅，形成第二凹槽（13），第二凹槽深度与下电极下部厚度相同；

（4）光刻第一单晶硅下表面，刻蚀第二凹槽外侧单晶硅（14），减薄第二凹槽外侧单晶硅厚度，以缩短后续氧化工艺时间；

（5）在第一单晶硅上表面沉积氮化硅层（15），光刻、刻蚀除T型下电极上部表面以外的氮化硅层；同时在第一单晶硅下表面沉积氮化硅层（16），光刻、刻蚀第二凹槽（13）外侧氮化硅层，余下的氮化硅层覆盖整个第二凹槽（13）和T型下电极下部表面；

（6）采用热氧化技术充分氧化第一单晶硅，使除被保护T型下电极部分外，其余部分单晶硅均被氧化成二氧化硅，此时形成二氧化硅支柱（8）、应力缓解凹槽（10）和二氧化硅底板（9）；

（7）刻蚀掉覆盖在T型下电极上部表面的氮化硅层；

（8）采用干法热氧化技术，氧化T型下电极上部表面，形成一定厚度的二氧化硅隔绝层，最终C型空腔形状；同时，取另一单晶硅作为第二单晶硅，用作衬底，在其上表面沉积温度敏感薄膜层；

（9）采用化学机械抛光技术抛光第一单晶硅的上表面，即二氧化硅支柱（8）表面；同时采用局部离子掺杂技术在第二单晶硅的温度敏感薄膜层（1）上参杂硼离子形成上电极，并用化学机械抛光技术抛光其上表面；

（10）将第一单晶硅的支柱上表面与第二单晶硅上温度敏感薄膜上表面阳极键合，形成真空C型空腔（7）；

（11）刻蚀掉第二单晶硅，释放温度敏感薄膜，并化学机械抛光其表面；光刻第一单晶硅下表面氮化硅层，刻蚀掉覆盖在T型下电极下部表面的氮化硅层。

5.根据权利要求7所述的基于CMUT的温度传感器的制备方法，其特征在于：步骤（8）中在第二单晶硅表面沉积多晶硅或碳化硅层。

6.一种如权利要求1所述的基于CMUT的温度传感器应用方法，其特征在于：测量CMUT的谐振频率，当温度改变时，因温度敏感薄膜与二氧化硅底板之间因热膨胀系数存在较大差异而致使温度敏感薄膜在温度变化时产生较大内应力变化，进而引起CMUT谐振频率发生变化，记录该频率变化，通过温度变化与频率变化之间的对应关系即可得到所测温度值。