[发明专利]光波导及微波光子测量和空气隙型结构的压力传感系统

说明书

本申请公开了光波导及微波光子测量和空气隙型结构的压力传感系统。该光波导位于硅基底上，所述光波导包括依次叠置的SiO₂层、PMMA层和NOA层。光波导采用NOA‑PMMA‑SiO₂结构，具有成本低、易于制造的优点。硅基底采用空气隙型结构，能避免膜层塌陷现象，保持较高机械强度。这种传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强、自身无需电源、防爆、成本低和可靠性高等优点。

技术领域

本申请涉及压力传感器的技术领域，尤其涉及光波导及微波光子测量和空气隙型结构的压力传感系统。

背景技术

传感器技术的应用过程和水平是一个国家工业现代化水平的重要标志。我国在加入WTO以后，要提高企业的竞争能力必须要加快工业现代化的过程，必须积极的研发先进的传感器技术。

利用各种薄膜技术制作的薄膜型传感器由于体积小、精度高、宜于平面化和集成化，便于大批量生产，是目前正大力发展的一类新型传感器。压力是基本物理量之一，因此压力传感器是各种传感器中应用量最大、最为广泛的。

MEMS加工技术是应用制造硅芯片的微细加工技术来实现超小型精密立体微结构和把许多微结构组合成系统的技术。加工精度通常为10～100nm。在特殊的工艺中，可得几nm的高精度。采用MEMS加工技术可以有效提高精度。

光波导压力传感器是在硅微机械与光纤组合式传感器研究基础上发展起来的，光波导是导波光学传感器的基本组成部分，主要担当获取、传输压力信号的载体，所以选择低损耗的光波导是保证传感器优良性能的非常关键的因素。

随着纳米材料的发展和研究，采用NOA-PMMA-SiO₂结构取代原来的SOl(SiliconOn insulator)结构。由于PMMA(聚甲基丙烯酸甲脂，俗称有机玻璃)具有优良的光学特性，及低零点漂移且有较好的抗冲击特性，而NOA是光学粘附剂，采用这种新结构具有成本低、易于制造和残余应力小、抗冲击能力强、受环境影响因素小等特点。

常用的背刻蚀型结构这种结构去除单个器件有效区域底部的硅后会造成其机械稳定性差,膜层塌陷现象较多，成品率较低。增加支撑层的方式会导致声波能量的损耗，从而降低器件性能。此外，背面刻蚀工艺可能与同一衬底上制造的电路不兼容。采用空气隙型结构与背刻蚀结构相比，该结构的优点在于全部采用表面硅工艺，在保证高Q值的前提下实现了良好的机械强度，并且能与标准CMOS工艺兼容。

因此，利用MEMS加工技术，将NOA-PMMA-SiO2结构的光波导以及具有良好机械性能的硅膜和光电转换PN结光电探测器，集成在一块三维硅基片上。硅膜与基底间采用空气隙型结构，这种传感器具有灵敏度高、抗干扰能力强、自身无需电源、防爆、成本低和可靠性高等优点。它特别适于在特殊的环境中应用。

发明内容

有鉴于此，本申请提供光波导及微波光子测量和空气隙型结构的压力传感系统，能够提高抗干扰能力。

第一方面，本申请提供一种光波导，所述光波导位于硅基底上，所述光波导包括依次叠置的SiO₂层、PMMA层和NOA层。

可选地，所述NOA层的材质为NOA63、NOA73或NOA81。

第二方面，本申请提供一种微波光子测量和空气隙型结构的压力传感系统，包括硅基底，位于所述硅基底上的环形波导、直波导，用以产生激光的半导体激光器和与所述所述直波导光纤连接所述光电探测器；所述半导体激光器光纤连接所述直波导，所述直波导用以与所述环形波导形成耦合，所述环形波导设置在弹性薄膜上；

其中，所述环形波导、直波导为被构造成权利要求1所述光波导的形式。

可选地，所述硅基底为空气隙型结构。

可选地，所述硅基底为N型(100)双面抛光硅片。