[发明专利]一种基于石墨烯的MEMS声学传感器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯的MEMS声学传感器及其制作方法，所述MEMS声学传感器从下到上依次包括传感器衬底、下电极、隔离层、金属图形、石墨烯薄膜、支撑层和上电极，所述传感器衬底中包含贯穿整个传感器衬底上下的空腔，所述下电极位于传感器衬底上方，所述下电极上方为隔离层，所述隔离层上方采用金属图形连接石墨烯薄膜，且在隔离层的边缘还包括金属互连层，所述金属图形位于所述石墨烯薄膜的两端内侧，所述石墨烯的两端作为引出端，所述石墨烯薄膜通过支撑层连接位于其上方的上电极，其中，石墨烯薄膜采用离子注入工艺形成。本发明提供的一种基于石墨烯的MEMS声学传感器采用石墨烯薄膜最为震动膜，提高了传感器的性能。

技术领域

本发明涉及传感器领域，具体涉及一种基于石墨烯的MEMS声学传感器及其制作方法。

背景技术

声学传感器是把外界声场中的声信号转换成电信号的传感器，其在通讯、噪声控制、环境检测、音质评价、文化娱乐、超声检测、水下探测和生物医学工程及医学方面有广泛的应用。

近年来，消费者电子器件正逐渐变得更小，并且随着技术进步正得到增加的性能和功能。这在消费者电子产品诸如移动电话、笔记本电脑中使用的技术中显而易见。比如，移动电话工业的要求正驱动部件以更高的功能性和减少的成本而变得更小。因此期望将电子电路的功能集成在一起并且将它们与传感器器件组合。这就促进了基于微机电系统(MEMS)的声学传感器的发展。

石墨烯作为一种机械特性和电学特性优异的材料，其面积质量比高，石墨烯作为MEMS声学传感器的震动膜，比传统的硅膜、金属膜具有更好的结构一致性、更强的柔韧性，以石墨烯作为震动膜的声学传感器将会实现更高的灵敏度、分辨率，使声音的检测数据更加精准可靠，从而提高声学传感器的性能。但是传统的石墨烯生产工艺很难和现有的CMOS或MEMS工艺兼容，无法将石墨烯材料很好地引入声学传感器中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于石墨烯的MEMS声学传感器及其制作方法，在制作过程中，将石墨烯的生产工艺和声学传感器其他部件分开制作，既能够使用现有高质量石墨烯薄膜的生产工艺，又能兼容MEMS工艺，从而将石墨烯薄膜引入声学传感器中作为震动膜，提高传感器的性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于石墨烯的MEMS声学传感器的制作方法，包括以下步骤：

S01：在金属衬底上形成石墨烯薄膜，在石墨烯薄膜上制备牺牲层Ⅰ，并在牺牲层Ⅰ中图形化沉积金属并平坦化，形成位于牺牲层Ⅰ中的金属图形Ⅰ；

S02：在临时衬底Ⅰ上制备牺牲层Ⅱ，并在牺牲层Ⅱ中图形化沉积金属并平坦化，形成位于牺牲层Ⅱ中的金属图形Ⅱ和金属互连层，在牺牲层Ⅱ上方沉积隔离层，其中金属互连层贯穿牺牲层Ⅱ和隔离层并位于牺牲层Ⅱ和隔离层的边缘，在隔离层的上方制作下电极；

S03：将临时衬底Ⅰ中的下电极和衬底键合，并去除临时衬底Ⅰ，此时，所述传感器衬底上方依次为下电极、隔离层和牺牲层Ⅱ；

S04：将金属衬底上的牺牲层Ⅰ和传感器衬底上的牺牲层Ⅱ键合形成牺牲层A，其中，金属图形Ⅰ和金属图形Ⅱ对应形成金属图形，并去除石墨烯薄膜上的金属衬底；

S05：在石墨烯薄膜上通过牺牲层和支撑层连接上电极；

S06：刻蚀传感器衬底，形成带有空腔的传感器衬底；

S07：刻蚀牺牲层A和牺牲层B、石墨烯薄膜和上电极，形成石墨烯薄膜位于上电极和下电极中间的MEMS声学传感器，其中，金属互连层作为下电极的引出端，石墨烯两端为引出端。

进一步地，所述步骤S05中制备连接上电极的具体步骤为：

S0501：在石墨烯薄膜上方沉积牺牲层B，并在牺牲层B中填充支撑层；

S0502：在牺牲层B上制作上电极。