基于C-SOI工艺的一维MEMS电容式超声传感器阵列.pdf

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1、94传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2015年第34卷第3期DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)03--0094--03基于C—SOI工艺的一维MEMS电容式超声传感器阵列李玉平，何常德r，张娟婷，张慧，宋金龙，薛晨阳，(1．中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051；2．中北大学电子测试技术国防科技重点实验室，山西太原030051)摘要：提出了一种新的基于C—SOI工艺制备的电容式微加工超声传感器(CMUT)的方法。通过对加工过程中一些关键工艺步骤进行测试，发现所加工的微传感器尺寸与设

2、计尺寸基本一致，且刻蚀的空腔高度均匀，键合效果良好，证明了工艺流程的可行性。此外，通过对所加工的传感器阵列进行测试发现，各阵元谐振频率和静态电容具有良好的一致性，说明以C—SOI工艺加工的CMUT器件满足设计要求，且适宜加工大阵列，这种加工技术使得加工成像阵列成为可能。关键词：电容式微加工超声传感器；C—SOI工艺；ANSYS；成像阵列；一致性中图分类号：TN55文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)03-0094--03One．dimensionalMEM：Scapacitiveultrasonictransducerarraysbased0nC．SOItechnolog

3、yLIYu—ping，HEChang—de，ZHANGJuan—ring，ZHANGHui，SONGJin-long，XUEChen—yang’(1．KeyLaboratoryofInstrumentationScience＆DynamicMeasurement，MinistryofEducation，NorthUniversityofChina，Taiyuan030051，China；2．KeyLaboratoryofScienceandTechnologyonElectronicTest＆Measurement。NorthUniversityofChina，Taiyuan030051。

4、China)Abstract：Proposeanewprocessingmethodbasedoncavity—in—SOI(C-SOI)technologytofabricatecapacitivemicromachinedultrasonictransducer(CMUT)．Keytechnicalstepsusedinfabricatingprocessaretested，itshowsthatthesizeoffabricatedsensorisbasicallyinaccordancewiththedesignedvalue，andcavitiesareuni~rminheigh

5、tandthewaferbondinghasobtainedgoodeffects，thusprovefeasibilityofprocessflow．Furthermore，itshowthatresonant~equencyandstaticcapacitancehasgooduniformitybytestingonthedesignedarray，whichindicatesthattheCMUTdevicesbasedonC—SOItechnologymeetdesignrequirementsandaresuitableforprocessinglargearrays，andm

6、akeitpossibletoprocessimagingarray．Keywords：capacitivemicromachinedultrasonictransducer(CMUT)；C—SO1technology；ANSYS；imagingarray；uniformity0引言用晶片键合方法来制造传感器的工艺流程逐渐见诸报目前，基于压电材料的压电效应所制备的压电式超声道，采用该方法制造传感器避免了薄膜释放困难的问传感器是应用较为广泛的声电转换元件，但近年来其地位题，提高了传感器的成品率。但是当传感器的振动薄膜较已逐步被电容式超声器所取代⋯。相比于传统的压电式薄时，采用传统的晶片键合工

7、艺往往存在键合后SOI的埋超声传感器，电容式微型超声传感器具有声阻抗低、尺寸氧层和背衬底在去除时不易控制的问题，为了进行结构的小、频带宽、易于制作阵列等特点，被认为是下一代超优化设计并改进现有的工艺条件，从而提高传感器的各项声传感器的发展方向，受到各国研究人员的关注。性能参数，本文引入了一种新的基于C—SOI工艺加工方法。尽管硅微机械加工技术已经成功应用到电容式微传声1CMUT阵列设计与；~n-r器的制备过程中，但采用硅