1.一種基于面內(nèi)伸縮模態(tài)諧振器的MEMS磁場(chǎng)傳感器,MEMS磁場(chǎng)傳感器主要包括諧振器,其特征在于,
諧振器的矩形振子由層合結(jié)構(gòu)的磁電復(fù)合材料構(gòu)成,且該矩形振子由兩端的固定梁支撐,懸于硅襯底上的空心區(qū)域之上;矩形振子包含從下而上依次疊加設(shè)置的底電極層、壓電層、頂電極層和軟鐵磁性合金層以及保護(hù)膜層,在各層之間還有粘合層;
矩形振子的底電極層為梳齒狀結(jié)構(gòu),底電極層延伸部分沿固定梁延長(zhǎng)到外部的硅襯底上,用于接駁外部電路;在底電極層的外部延伸終點(diǎn)處,壓電層開通孔以露出下層鉑電極基板,開孔部分由電接觸層覆蓋;固定梁部分由壓電層和底電極層的延伸部分構(gòu)成;
矩形振子為面內(nèi)伸縮模態(tài),伸縮方向?yàn)榫匦蔚恼叺姆较?,諧振頻率能夠通過(guò)改變底電極層中梳齒電極的數(shù)量和間距以及壓電層和軟鐵磁性合金層的相對(duì)厚度來(lái)改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS磁場(chǎng)傳感器,其特征在于,能夠抵抗氫氟酸腐蝕的、并且不和XeF2氣體發(fā)生任何反應(yīng)的保護(hù)膜層的厚度范圍為20nm~50nm,矩形振子的壓電層的厚度范圍為250nm~1mm,軟鐵磁性合金層的厚度范圍為250nm~1mm,且壓電層的厚度大于軟鐵磁性合金層與頂電極厚度之和。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS磁場(chǎng)傳感器,其特征在于,矩形振子的壓電層的材料為氮化鋁AlN或者氮化鈧鋁ScxAl1-xN,其中x的范圍在0.4~0.5之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS磁場(chǎng)傳感器,其特征在于,矩形振子中,底電極層的材料為鉑(Pt);頂電極層的材料為鋁(Al)或鉑(Pt);保護(hù)膜層的材料為鉑(Pt)或金(Au);軟鐵磁性合金層的材料為為鐵(Fe)基或鈷(Co)基非晶態(tài)合金。
5.一種權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述MEMS磁場(chǎng)傳感器的制備方法,其特征在于,至少包括以下步驟:
第一步:在高電阻率的基底上沉積一層高熔點(diǎn)高導(dǎo)電率金屬薄膜,通過(guò)圖案化處理和刻蝕工藝形成諧振器的底電極;
第二步:沉積犧牲層,其厚度為底電極厚度的2~3倍;
第三步:使用化學(xué)機(jī)械拋光法將已沉積的犧牲層薄膜拋光至露出底電極;
第四步:沉積壓電層;
第五步:沉積構(gòu)成諧振器振子部分的頂電極層和軟鐵磁性合金層,通過(guò)圖案化處理和刻蝕工藝形成諧振器振子部分的結(jié)構(gòu);
第六步:刻蝕覆蓋于接駁外部電路的鉑電極基板之上的壓電層;
第七步:沉積高導(dǎo)電率金屬薄膜,通過(guò)圖案化處理和刻蝕工藝形成電接觸金屬層和覆蓋軟鐵磁性合金層的保護(hù)層;
第八步:刻蝕壓電層,定義諧振器振子和固定梁的幾何形狀并打開刻蝕硅晶圓的窗口;
第九步:刻蝕硅晶圓,從基底上釋放出諧振器振子使其可以自由振動(dòng);
第十步:刻蝕犧牲層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法,其特征在于,第二步中通過(guò)引入中間犧牲層的方法填充在諧振器振子部分梳齒狀電極之間的空隙以及使用化學(xué)機(jī)械拋光法為諧振器振子部分建立一個(gè)平整的區(qū)域來(lái)沉積壓電層,同時(shí)避免壓電材料在沉積過(guò)程中進(jìn)入電極的間隙部分而產(chǎn)生寄生電容。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法,其特征在于,第五步中沉積軟鐵磁性合金層的過(guò)程中沿矩形振子的長(zhǎng)邊的方向施加一個(gè)外加磁場(chǎng),該磁場(chǎng)的大小需要至少與軟鐵磁性合金層的磁飽和磁場(chǎng)相當(dāng)。