專利名稱：納米尺度的微型溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及傳感器領(lǐng)域中的一種納米尺度的微型溫度傳感器，特別適用于微流體傳感器等要求體積較小的場合作為精確溫度測量及IC芯片、傳感器芯片等嵌入式在片溫度測量的傳感器裝置。
背景技術(shù)：
溫度傳感器被廣泛的應(yīng)用于個人計算機、移動電話、汽車、醫(yī)用設(shè)備、游戲控制臺、微流體傳感器等設(shè)備中。隨著IC集成度的提高和筆記本電腦、移動終端、PDA等便攜式設(shè)備的普及，功耗散熱問題變得越來越突出。只有對芯片的工作溫度進行精確的控制，才能保證設(shè)備穩(wěn)定工作。微流體傳感器中也需要體積很小的溫度傳感器來敏感氣流的溫度。傳統(tǒng)的溫度傳感器由于體積大、功耗高、線性度不好等不足，從而制約了其進一步發(fā)展和應(yīng)用。
納電子機械系統(tǒng)又稱NEMS，是在微電子系統(tǒng)(MEMS)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的、特征尺寸在0.1-100納米范圍內(nèi)的一種新興技術(shù)。納米技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域有光通信、微波通信、醫(yī)學(xué)、家電等，因此采用納米技術(shù)制作溫度傳感器，來進一步提高電子產(chǎn)品的性能已成為關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于避免上述背景技術(shù)中的不足之處而提供一種采用微機械加工工藝制作成體積極小、溫度測量范圍極寬的納米尺度的微型溫度傳感器，并且本實用新型還具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、熱容量小、響應(yīng)速度快、測量精度高、線性度好、功耗低、可靠性高、一致性好、成本低等特點。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的它包括硅腔體1、下層氮化硅膜層2、上層氮化硅膜層3、粘附層4、溫敏電阻層5、導(dǎo)電層6、懸臂梁7、二氧化硅膜層8，其中在硅腔體1下面淀積加工一層下層氮化硅膜層2結(jié)構(gòu)，硅腔體1上面淀積加工一層二氧化硅膜層8結(jié)構(gòu)，二氧化硅膜層8上淀積加工一層上層氮化硅膜層3結(jié)構(gòu)，上層氮化硅膜層3下面的二氧化硅膜層8、硅腔體1腐蝕掏空成空腔體結(jié)構(gòu)，硅腔體1腔體上的上層氮化硅膜層3腐蝕加工成懸空結(jié)構(gòu)的懸臂梁7結(jié)構(gòu)，懸臂梁7上濺射加工一層粘附層4結(jié)構(gòu)，粘附層4上濺射加工一層溫敏電阻層5結(jié)構(gòu)，溫敏電阻層5結(jié)構(gòu)兩端分別濺射加工一層導(dǎo)電層6結(jié)構(gòu)。
本實用新型下層氮化硅膜層2的厚度尺寸為300納米至3000納米；上層氮化硅膜層3的厚度尺寸為300納米至3000納米；粘附層4的厚度尺寸為5納米至500納米；溫敏電阻層5的厚度尺寸為5納米至500納米；導(dǎo)電層6的厚度尺寸為5納米至3000納米。
本實用新型上層氮化硅膜層3可采用氮化硅、或濃硼硅、二氧化硅制作；粘附層4可采用鉻、或鈦、鎳鉻合金制作；溫敏電阻層5可采用鉑、或鎢、鎳鉻合金、鉑銠合金制作；導(dǎo)電層6可采用金、或銅、鋁制作。
本實用新型相比背景技術(shù)具有如下優(yōu)點
1、本實用新型采用微電子加工工藝制作成多層薄膜結(jié)構(gòu)的溫度測量傳感器，因此體積可以制作的極??；采用溫敏電阻層5作為測溫敏感元件，具有溫度測量精度高、線性度好、一致性好、性能穩(wěn)定可靠、溫度測量范圍寬(可達-78℃至600℃)的優(yōu)點。
2、本實用新型采用硅腔體1腔體結(jié)構(gòu)和懸臂梁7結(jié)構(gòu)，將整體結(jié)構(gòu)懸空，使傳感器降低熱容量、溫度響應(yīng)快、功耗低。
3、本實用新型采用微機械工藝加工制作，使器件具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、加工成品率高、成本低、便于批量生產(chǎn)等優(yōu)點。


圖1是本實用新型的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實用新型的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
參照圖1、圖2，本實用新型由硅腔體1、下層氮化硅膜層2、上層氮化硅膜層3、粘附層4、溫敏電阻層5、導(dǎo)電層6、懸臂梁7、二氧化硅膜層8構(gòu)成。本實用新型采用硅基底材料作為硅腔體1制作材料，實施例硅腔體1采用單晶硅圓片制作。在硅腔體1下面采用通用的化學(xué)氣相淀積設(shè)備的低壓化學(xué)氣相淀積工藝或等離子增強化學(xué)氣相淀積工藝淀積一層下層氮化硅膜層2作為腐蝕硅的掩蔽層，下層氮化硅膜層2的淀積厚度為300納米至3000納米，實施例下層氮化硅膜層2的加工厚度為500納米。
本實用新型在硅腔體1上面采用通用的化學(xué)氣相淀積設(shè)備的低壓化學(xué)氣相淀積工藝或等離子增強化學(xué)氣相淀積工藝淀積一層二氧化硅膜層8，作為腐蝕硅的犧牲層。
本實用新型在二氧化硅膜層8上采用通用的化學(xué)氣相淀積設(shè)備的低壓化學(xué)氣相淀積工藝或等離子增強化學(xué)氣相淀積工藝淀積上層氮化硅膜層3，作為腐蝕硅的掩蔽層；上層氮化硅膜層3可采用氮化硅、或濃硼硅、二氧化硅制作，淀積厚度為300納米至3000納米，實施例上層氮化硅膜層3的加工厚度為500納米，采用氮化硅材料制作。
本實用新型采用二氧化硅腐蝕工藝將上層氮化硅膜層3下面的二氧化硅8腐蝕掏空。
本實用新型采用EPW濕法腐蝕工藝將上層氮化硅膜層3下面的硅腔體1腐蝕掏空成空腔體結(jié)構(gòu)，實施例腐蝕掏空深度200微米。
本實用新型在硅腔體1腔體上的上層氮化硅膜層3采用等離子體刻蝕工藝刻蝕成懸空結(jié)構(gòu)的懸臂梁7結(jié)構(gòu)，作為溫敏電阻層5的支撐結(jié)構(gòu)件。其作用是使溫度傳感器的熱容量較小、在接受等量的熱量時，傳感器的溫度變化范圍大、溫度響應(yīng)速度更快。
本實用新型采用磁控濺射工藝在懸臂梁7上濺射一層粘附層4，其作用是用來連接懸臂梁7和溫敏電阻層5，粘附層4的厚度尺寸為5納米至500納米，材料可采用鉻、或鈦、鎳鉻合金制作。實施例制作粘附層4的加工厚度為10納米，采用鉻材料制作。
本實用新型采用磁控濺射工藝在粘附層4濺射一層溫敏電阻層5，作為溫度敏感元件，其原理是周圍環(huán)境溫度的變化引起阻值的變化，從而可以測量溫度的變化。溫敏電阻層5的厚度尺寸為5納米至500納米，根據(jù)溫敏電阻層5的不同厚度可以制作成不同規(guī)格的溫度傳感器。材料可以采用鉑、或鎢、鎳鉻合金、鉑銠合金制作。實施例制作溫敏電阻層5的厚度為10納米，采用鉑材料制作，鉑材料的溫度測量范圍可制作達到-78℃至600℃，溫度測量范圍極寬。
本實用新型采用磁控濺射工藝在溫敏電阻層5結(jié)構(gòu)兩端分別加工濺射一層導(dǎo)電層6電極結(jié)構(gòu)，其作用為降低引線電阻和限定溫敏電阻層5感受溫度變化的區(qū)域。導(dǎo)電層6的厚度尺寸為5納米至3000納米，可以采用金、或銅、鋁制作。實施例導(dǎo)電層6的濺射尺寸為10納米，采用金材料制作。使用時整個傳感器封裝后由導(dǎo)電層6作為外電路的接線電極，也可直接集成在使用傳感器的電路中。
本實用新型的簡要工作原理如下導(dǎo)電層6兩端接入被測電路中，由于溫敏電阻層5周圍溫度的變化，引起溫敏電阻層5阻值的變化，從而根據(jù)阻值變化的大小可以直接轉(zhuǎn)換測出溫度變化的大小，達到測量溫度、作為傳感器的目的。特別適用于微流體傳感器等要求體積較小的場合作為精確溫度測量及IC芯片、傳感器芯片等嵌入式在片溫度測量的傳感器裝置。
權(quán)利要求1.一種納米尺度的微型溫度傳感器，它包括硅腔體(1)，其特征在于它還包括下層氮化硅膜層(2)、上層氮化硅膜層(3)、粘附層(4)、溫敏電阻層(5)、導(dǎo)電層(6)、懸臂梁(7)、二氧化硅膜層(8)，其中在硅腔體(1)下面淀積加工一層下層氮化硅膜層(2)結(jié)構(gòu)，硅腔體(1)上面淀積加工一層二氧化硅膜層(8)結(jié)構(gòu)，二氧化硅膜層(8)上淀積加工一層上層氮化硅膜層(3)結(jié)構(gòu)，上層氮化硅膜層(3)下面的二氧化硅膜層(8)、硅腔體(1)腐蝕掏空成空腔體結(jié)構(gòu)，硅腔體(1)腔體上的上層氮化硅膜層(3)腐蝕加工成懸空結(jié)構(gòu)的懸臂梁(7)結(jié)構(gòu)，懸臂梁(7)上濺射加工一層粘附層(4)結(jié)構(gòu)，粘附層(4)上濺射加工一層溫敏電阻層(5)結(jié)構(gòu)，溫敏電阻層(5)結(jié)構(gòu)兩端分別濺射加工一層導(dǎo)電層(6)電極結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米尺度的微型溫度傳感器，其特征在于下層氮化硅膜層(2)的厚度尺寸為300內(nèi)米至3000內(nèi)米；上層氮化硅膜層(3)的厚度尺寸為300納米至3000納米；粘附層(4)的厚度尺寸為5納米至500納米；溫敏電阻層(5)的厚度尺寸為5納米至500納米；導(dǎo)電層(6)的厚度尺寸為5納米至3000納米。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1或2所述的納米尺度的微型溫度傳感器，其特征在于上層氮化硅膜層(3)可采用氮化硅、或濃硼硅、二氧化硅制作；粘附層(4)可采用鉻、或鈦、鎳鉻合金制作；溫敏電阻層(5)可采用鉑、或鎢、鎳鉻合金、鉑銠合金制作；導(dǎo)電層(6)可采用金、或銅、鋁制作。
專利摘要本實用新型公開了一種納米尺度的微型溫度傳感器，涉及傳感器領(lǐng)域中的一種測量溫度的傳感器器件。它由硅腔體、下層氮化硅膜層、上層氮化硅膜層、粘附層、溫敏電阻層、導(dǎo)電層、懸臂梁、二氧化硅膜層構(gòu)成。它采用微機械加工工藝制作溫敏電阻層作為測量溫度的敏感元件，周圍環(huán)境溫度的變化引起其阻值的變化，達到測量溫度，作為傳感器的目的。本實用新型還具有體積極小、溫度測量范圍極寬、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、熱容量小、響應(yīng)速度快、線性度好、功耗低、可靠性高、一致性好、成本低等特點。特別適用于微流體傳感器等要求體積較小的場合作為精確溫度測量及IC芯片、傳感器芯片等嵌入式在片溫度測量的傳感器裝置。
文檔編號B81B7/00GK2767978SQ20052002335
公開日2006年3月29日 申請日期2005年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月13日
發(fā)明者楊擁軍, 徐淑靜, 呂樹海 申請人:中國電子科技集團公司第十三研究所