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申请/专利权人：北京理工大学

摘要：本发明公开了一种基于SOI基底的高导电二维薄膜悬浮SiO₂Si质量块的加速度传感器及其制，传感器的传感机理包括电容式和跨导式。电容式加速度传感器结构包括作为电容的上极板的石墨烯薄膜层、沉积的TiAu电极层、SiSiO2质量块、SOISiO2绝缘层以及作为电容的下极板的高导电的SOISi衬底层。跨导式加速度传感器结构包括石墨烯薄膜层、漏电极层、源电极层、SiSiO2质量块，SOISiO2绝缘层以及高导电的SOISi衬底层。本发明公开的高导电二维薄膜悬浮SiO2Si质量块的加速度传感器，具有更高的灵敏度、更高的精度、更好的稳定性和可靠性、更高的信噪比以及更宽的动态范围，并且器件的性能得到大幅度的提高。

主权项：1.一种基于SOI基底的高导电二维薄膜悬浮SiO2Si质量块的加速度传感器及其制备方法，其特征在于：采用如下工艺实现：（1）步骤1：清洗SOI（绝缘体上硅）晶圆，将SOI晶圆放入一定浓度的清洗液中进行清洗，以去除表面的杂质和污染物；（2）步骤2：进行热处理，将清洗后的SOI晶圆放入热处理炉中，在高温中进行热处理，在热处理完成后，将SOI晶圆取出，并用蒸馏水冷却；（3）步骤3：进行热氧化，将SOI晶圆放入热处理炉中，将氧气或氧气和水蒸气的混合气体通入炉腔，使硅表面与氧气反应，从而形成一层硅的二氧化物薄膜；（4）步骤4：对二氧化硅进行刻蚀，首先进行涂覆光刻胶，在二氧化硅表面旋涂一层光刻胶，然后使用紫外光（UV）曝光，将图案映射在光刻胶上，将光刻胶显影，曝光的部分会溶解在显影剂中，接下来进行刻蚀，使用适当的刻蚀溶液进行刻蚀，同时控制刻蚀时间和溶液浓度，以达到要求的刻蚀厚度，接着去除掉光刻胶；（5）步骤5：进行电极的制备，将经过清洗处理的基片放入真空镀膜机中，选择蒸发材料钛（Ti）和金（Au）的靶材，根据需要的膜层厚度，设置真空度和蒸发功率等参数，通过真空镀膜，先在基片表面沉积一层Ti薄膜，再沉积一层Au薄膜，蒸发完毕后，待基片冷却至常温，可将其从真空镀膜机中取出，从而得到TiAu电极；（6）步骤6：制备电极后，需进行沟道刻蚀，将光刻胶层旋涂在SiO2表面，并绘制图案以确定后续蚀刻SiO2和硅器件层的沟道区域，采用反应离子刻蚀RIE蚀刻SiO2层，接着再用深度反应离子刻蚀（DRIE）工艺刻蚀掉Si，形成沟道区域，最后用氧等离子体刻蚀去掉残余光刻胶；（7）步骤7：接下来进行背刻蚀，将器件进行倒置，对SOI晶圆的背面进行图案绘制，首先通过掩膜版进行图案化，再旋涂光刻胶，使用紫外曝光，将图案印在光刻胶上，再将光刻胶显影，曝光的部分会溶解在显影剂中，然后，用RIE蚀刻工艺蚀刻SiO2层，接下来使用DRIE工艺刻蚀Si衬底形成通孔空腔，用氧等离子体刻蚀去除残余光刻胶；（8）步骤8：接下来是高导电二维薄膜的转移，首先准备铜基高导电二维薄膜，将聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）溶液旋涂在石墨烯上，以500转分左右的速度旋转涂覆约5秒，紧接着再以1800转分左右的速度旋转涂覆大约30秒，然后在85°C左右的热板上烘烤约5分钟，为了蒸发溶剂并且固化PMMA，大约是200nm厚，然后将铜箔置于三氯化铁FeCl3溶液中，以实现对铜的刻蚀，刻蚀完后在硅片的协助下，将不含铜的高导电二维薄膜转移到去离子水DI表面，然后转移到稀释的HCI溶液中，最后回到去离子水中进行清洗，分别去除FeCl3残留和氯离子残留，接着将高导电二维薄膜转移到硅基底上，并将硅基底在加热台上以大约45℃烘烤10分钟左右，使其干燥，并改善高导电二维薄膜和SiO2表面之间的粘附性，然后置于丙酮中24小时以去除PMMA，最后将其置于异丙醇中约5分钟以去除丙酮残留物；（9）步骤9：转移完高导电二维薄膜后，进行高导电二维薄膜的图案化刻蚀，同样先旋涂一层光刻胶，进行曝光显影，最后对高导电二维薄膜进行图案化刻蚀；（10）步骤10：为了实现高导电二维薄膜的自悬浮，接下来对SiO2进行刻蚀，先采用RIE干法刻蚀，接着采用气相HF进行刻蚀，从而释放SiSiO2质量块并将其悬浮在石墨烯薄膜（或高导电二维薄膜）上。

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