[发明专利]一种无线无源声表面波压力传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种无线无源声表面波压力传感器及其制备方法，此传感器具体包括衬底，所述衬底的中部位置设置有压力空腔；所述衬底的上表面设有压电薄膜，所述压电薄膜的上表面设置有第一声表面波器件，所述压电薄膜的下表面设置有第二声表面波器件，所述第一声表面波器件和第二声表面波器件均为压力感应器件且正对于所述压力空腔，SAW传播方向沿所述压电薄膜长度方向。制备方法为：在压电薄膜基片的两侧制备第一声表面波器件和第二声表面波器件；在硅片上制备压力空腔，形成衬底；将声表面波器件与具有压力空腔的硅片进行键合，得到声表面波压力传感器。本发明具有高灵敏度及高分辨率等优点。

技术领域

本发明主要涉及压力传感器技术领域，具体涉及一种无线无源声表面波压力传感器及其制备方法。

背景技术

目前，压力传感器包括应变式、压阻式、电容式压力传感器和无线无源式。应变式、压阻式和电容式压力传感器在实际使用中一般都需要外围电路，并采用有线测量。若要实现无线测量，则需要安装无线模块。这样，传感器端需要信号处理模块，也需要供电，这增加了传感器的尺寸，极大地限制了传感器使用。在无线无源式传感器中，声表面波传感器具有成本低、灵敏度高、可靠性好、体积小易集成、响应快、无线传输距离远、可ID标记、可在恶劣环境下使用等诸多优势。

声表面波压力传感器是利用器件的输出信号频率随压力的扰动而变化的特性来进行压力测量。其压力敏感流程如图1所示。当压力施加到压电基片上时，压电基片的应力分布会发生变化，这样会引起基片变形，同时使得基片的弹性模量与密度发生微小的变化。基片形变进而使得谐振器的尺寸变化，而基片弹性模量与密度的变化则会导致波速变化。谐振器的尺寸变化与波速变化最终引起谐振器的中心频率偏移，通过对偏移量的测试即可感知压力的变化。

目前，声表面波压力传感器加工如图2所示，依次经过基片预清洗、薄膜沉积、涂胶、前烘、曝光、显影、后烘、刻蚀及去胶。这种声表面波压力传感器器件只在单面做了器件加工，其分辨率以及灵敏度较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高灵敏度、高分辨率的无线无源声表面波压力传感器及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种无线无源声表面波压力传感器，包括衬底，所述衬底的中部位置设置有压力空腔；所述衬底的上表面设有压电薄膜，所述压电薄膜的上表面设置有第一声表面波器件，所述压电薄膜的下表面设置有第二声表面波器件，所述第一声表面波器件和第二声表面波器件均为压力感应器件且正对于所述压力空腔，SAW传播方向沿所述压电薄膜长度方向。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述压电薄膜采用具有压电效应的本征材料，也可采用沉积了压电材料的一般基底。

所述压电薄膜的上表面依次设置有第一粘附层和第一保护层，所述第一声表面波器件位于所述第一粘附层上且位于所述第一保护层内。

所述压电薄膜的下表面依次设置有第二粘附层和第二保护层，所述第二声表面波器件位于所述第二粘附层上且位于所述第二保护层内。

还包括第三声表面波器件，所述第三声表面波器件位于所述压电薄膜的上表面或下表面，且位于无形变的压力空腔支撑区，所述第三声表面波器件为温度感应器件，SAW传播方向垂直于压力感应器件的SAW传播方向。

所述第一声表面波器件包括第一叉指换能器、第一反射器和第二反射器，第二声表面波器件包括第二叉指换能器、第三反射器和第四反射器。

本发明还公开了一种如上所述的无线无源声表面波压力传感器的制备方法，包括步骤：

在压电薄膜基片的两侧制备第一声表面波器件和第二声表面波器件；

在硅片上制备压力空腔，形成衬底；