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原文传递一种针对气体传感的CMUT及制备方法

专利名称：	一种针对气体传感的CMUT及制备方法
摘要：	本发明公开了一种针对气体传感的CMUT及制备方法，单个工作区内的所有振动薄膜均通过电极相连的方式并联起来，且上电极的连线和下电极的连线呈90°分布，增大信号强度的同时减小寄生电容。检测低浓度气体时，仅第一工作区以谐振器方式工作；气体浓度增大到超出敏感材料吸附饱和浓度时，第二工作区以超声换能器方式协同第一工作区工作；同时传感器具有校准补偿区域，提高了检测可靠性。制备方法采用玻璃基底与SOI晶圆键合的方式，在刻蚀完的玻璃基底的空腔内和通道内溅射一层下电极，接地以作为平行电容的下电极；同时振动薄膜是由一层单晶硅振膜和一层埋氧层组成的复合薄膜。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	天津;12
申请人：	天津大学
发明人：	张慧;于露;梁冬梅
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-26T00:00:00+0800
申请号：	CN201910223773.9
公开号：	CN110057907A
代理机构：	天津市北洋有限责任专利代理事务所
代理人：	李林娟
分类号：	G01N29/02(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	300072 天津市南开区卫津路92号
主权项：	1.一种针对气体传感的CMUT，所述CMUT由阵元组成，每个阵元又由若干个敏感单元组成，其特征在于，敏感单元由上到下依次由上电极、振动薄膜、下电极以及玻璃衬底组成；振动薄膜与玻璃衬底之间夹有空气或真空腔，构成电容器；当上电极接地、下电极外加一个交流扰动信号时，振动薄膜做自由阻尼振动；当下电极外加一个频率与振动薄膜频率相同的脉冲激励信号时，振动薄膜向外界发射超声波。 2.根据权利要求1所述的一种针对气体传感的CMUT，其特征在于，所述阵元表面涂覆不同敏感材料，构成用于检测不同物质的含若干谐振器阵元的第一工作区；另外若干阵元的每个敏感单元的尺寸参数各不相同，构成含中心频率不同的超声收发阵元的第二工作区。 3.根据权利要求2所述的一种针对气体传感的CMUT，其特征在于，所述超声换能器还设置有校正补偿区域，所述校正补偿区域用于补偿非待测物理量的影响，所述校正补偿区域的振动薄膜上不涂覆敏感材料；当检测环境发生变化时，以校准补偿区域的谐振频率变化值作为第一工作区的补偿值；再根据校准补偿区域的谐振频率变化求出当下气体环境的压强，作为第二工作区方程组中的参数，使第一工作区的检测结果更加准确可靠。 4.根据权利要求1至3中任意权利要求所述的一种针对气体传感的CMUT，其特征在于，所述振动薄膜的谐振频率为：其中，t为厚度，r为半径，E为等效杨氏模量，m为等效质量，v为等效泊松比。 5.根据权利要求1至3中任意权利要求所述的一种针对气体传感的CMUT，其特征在于，所述振动薄膜对质量的灵敏度为：其中，ρ为振膜等效密度，Δf为吸附气体分子后振膜谐振频率的改变量，Δm为所吸附气体分子的质量，A为单个敏感单元的振膜面积。 6.根据权利要求1至3中任意权利要求所述的一种针对气体传感的CMUT，其特征在于，当待检测的混合气体中各组分浓度低于对应敏感层的饱和浓度时，第一工作区单独工作；当混合气体中有某一组分浓度高于对应敏感层的吸附饱和浓度时，第一工作区和第二工作区共同工作进行混合气体分析。 7.一种针对气体传感的CMUT的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：在刻蚀完的玻璃基底的空腔内溅射一层下电极，接地以作为平行电容的下电极；将玻璃基底与SOI硅片键合；去除SOI硅片的衬底和部分BOX层，留下一层单晶硅振膜和一层埋氧层以此作为振动薄膜；在顶层沉积并图形化上电极，作为平行电容板的上电极；单个工作区内的所有振动薄膜均通过电极相连的方式并联起来，且上电极的连线和下电极的连线呈90°分布。
所属类别：	发明专利