[发明专利]基于金刚石薄膜的快速响应的海水压力传感器及制备方法

权利要求书

1.一种基于金刚石薄膜的快速响应的海水压力传感器，其特征在于，包括：

底座；基底，其位于所述底座的顶面，其内部形成有应力腔；

绝缘层，其位于所述基底的顶面，且位于所述应力腔的正上方；

压力敏感层，其位于所述绝缘层的顶面，为单晶或多晶硼掺杂金刚石材料，或硼掺杂金刚石与碳化硅、或硼掺杂金刚石与石墨材料构成的尺寸、结构、成分完全相同的四块薄膜；

电极，其包括四个，分别设置在形成压力敏感层的四块薄膜上；

防护层，其沉积在所述绝缘层的顶面，并将所述压力敏感层和电极封装在其内。

2.根据权利要求1所述的海水压力传感器，其特征在于，所述底座为圆柱形，其顶部设有环状的凸起，通过所述的凸起与基底装配固定；所述底座中开设有走线通道，连接四个电极的引线通过所述走线通道引出底座。

3.根据权利要求1所述的海水压力传感器，其特征在于，所述基底为由高阻硅或蓝宝石、或类金刚石、或本征金刚石材料制成的圆柱体，基底中形成的应力腔为真空腔体。

4.根据权利要求1所述的海水压力传感器，其特征在于，在形成所述压力敏感层中，硼的掺杂浓度为每立方厘米5.0×10¹⁷～6.0×10¹⁹个硼原子。

5.根据权利要求1所述的海水压力传感器，其特征在于，所述绝缘层为圆形薄膜层，厚度在0.02～0.5mm之间，由本征金刚石或蓝宝石构成；形成所述压力敏感层的四块薄膜在所述绝缘层的顶面呈圆周等间距排布。

6.根据权利要求1-5任一项所述的海水压力传感器，其特征在于，所述四块薄膜的厚度在5～20μm之间，面积在100～2500μm²之间；四块薄膜形成四个压阻因子相同的薄膜电阻，所述薄膜电阻的压阻因子在120～3000之间。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的海水压力传感器，其特征在于，所述电极为复合电极，由钛和金制成或者由钛和铬制成，并且所述钛与金的厚度比或者钛与铬的厚度比在1:2～1:10之间。

8.一种基于金刚石薄膜快速响应的海水压力传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）利用高精密抛光技术对绝缘材料进行抛光处理，形成绝缘层；

（2）利用掩膜结合化学气相沉积技术在所述绝缘层的顶面制备压力敏感层，所述压力敏感层为单晶或多晶硼掺杂金刚石材料，或硼掺杂金刚石与碳化硅、或硼掺杂金刚石与石墨材料构成的尺寸、结构、成分完全相同的四块薄膜；

（3）利用电子束蒸发镀膜技术在所述四块薄膜上分别制备一个电极；

（4）在所述绝缘层的顶面沉积防护材料，形成防护层，并利用所述防护层对压力敏感层和电极进行封装；

（5）将所述绝缘层固定到基底上，并在基底中形成真空状态的应力腔，且所述应力腔位于绝缘层的正下方；

（6）将所述基底安装在底座上；

（7）对所述底座进行刻蚀，形成走线通道，将连接四个电极的引线通过所述走线通道引出底座。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）包括以下步骤：

在抛光的绝缘层的顶面依次沉积二氧化硅层和光刻胶；

利用掩膜板对光刻胶进行紫外光刻，在光刻胶上刻蚀出尺寸、形状相同的四个图案；

移走掩膜板，在所述四个图案中注入氢氟酸，利用氢氟酸对二氧化硅层进行刻蚀，露出二氧化硅层下方的绝缘层，所述绝缘层露出部分的形状与所述的四个图案相同；

利用氧气等离子体清洗，结合双氧水和硫酸清洗工艺去除光刻胶；

利用化学气相沉积技术，在所述绝缘层露出部分进行压力敏感层的沉积，形成尺寸、结构、成分完全相同的四块薄膜；

去除二氧化硅层。

10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）包括以下步骤：

将所述绝缘层的底面固定到所述基底的顶面；

从所述基底的底面向基底的顶面方向进行刻蚀但不穿透基底的顶面，形成位于绝缘层正下方的应力腔；

封堵所述基底的底面，使所述应力腔形成封闭腔体，并将应力腔抽成真空状态。