[发明专利]一种背面引线的仿生纤毛电容式微传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种背面引线的仿生纤毛电容式微传感器及其制备方法，涉及微机电技术领域，包括顶层、中间层、底层；顶层为聚合物纤毛，中间层为硅结构，底层为pyrex玻璃结构；硅结构与pyrex玻璃结构阳极键合并形成密闭的电容腔室；pyrex玻璃结构内部嵌入有导电引线柱；pyrex玻璃结构靠近硅结构的一侧中部设置有公共电容极板；公共电容极板周侧均匀分布有扇形的差分电容极板；pyrex玻璃结构远离硅结构的一侧设置有圆形的信号引脚。置传感器于流场中，运动流体引起纤毛柱变形，作为电容上极板的悬浮薄膜变形，引起电容变化，测量差分电容变化得到薄膜变形，从而得到被测二维矢量流速或剪应力信息。

技术领域

本发明涉及微机电(MEMS)技术领域的传感器，尤其涉及一种背面引线的仿生纤毛电容式微传感器及其制备方法；特别涉及一种流速/剪应力测量用的背面引线仿生纤毛电容式微传感器及其制备方法。

背景技术

流速/剪应力微传感器是一种重要的流体测量传感器，适合用于精细化测量飞行器和水中航行体的流场分布，为分析飞行器和水中航行体的流体动力学性能提供基准参量，也为采用主动流动控制提升飞行器和水中航行体的安全、高速和燃油经济性等提供了可能。

近年来，由于蟋蟀和鱼等生物纤毛感受器表现出极好的流场测试性能，仿生纤毛流速微传感器受到各国科研人员的关注。该类传感器基于检测浸入流体中的仿生纤毛因流体阻力而发生的变形或偏转这一原理工作，主要有纤毛与悬臂梁组合结构、纤毛与扭转弹簧组合结构，以及纤毛与封闭扭转膜组合结构。对于前两种组合结构，变形结构部分与基底之间为小间隙开放结构，容易受到颗粒物的影响。

2017年，Ajay Giri Prakash Kottapalli等人在《sensors》(2017年第17期1728)上发表的“Cupula-Inspired Hyaluronic Acid-Based Hydrogel Encapsulation to FormBiomimetic MEMS Flow Sensors”论文中报道了采用纤毛与封闭扭转膜组合结构，避免了小颗粒物的侵入影响，有更好的环境适用性；但该传感器一方面由于采用金应变电阻的作为敏感压阻，容易受环境温度变化敏感，另一方面，传感器引线与测试流场在同一侧，易干扰流场。

发明内容

为解决现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供一种背面引线的仿生纤毛电容式微传感器及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种背面引线的仿生纤毛电容式微传感器，包括顶层、中间层、底层；所述顶层为聚合物纤毛，所述中间层为硅结构，所述底层为pyrex玻璃结构；

所述硅结构包括变形膜，所述变形膜为聚合物纤毛的支撑结构；所述硅结构与pyrex玻璃结构阳极键合并在硅结构与pyrex玻璃结构之间形成密闭的电容腔室；

所述pyrex玻璃结构内部嵌入有若干导电引线柱，所述导电引线柱的数量为5个；

所述pyrex玻璃结构靠近硅结构的一侧中部设置有公共电容极板；所述公共电容极板周侧均匀分布有若干差分电容极板，所述差分电容极板的数量为4个；

所述pyrex玻璃结构远离硅结构的一侧设置有若干信号引脚，所述若干信号引脚的数量为5个；

所述导电引线柱的一端与公共电容极板或差分电容极板相连接，其另一端与信号引脚相连接。

优选地，所述硅结构的材质为低阻导电硅或高阻硅；

当所述硅结构的材质为高阻硅时，所述硅结构靠近pyrex玻璃结构的一侧设置有金属电容上极板，所述公共电容极板与差分电容极板的正投影位于所述金属电容上极板的正投影内部。