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专利号: 2012100712721
申请人: 中北大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于石墨烯的MEMS声学传感器,其特征在于:主要结构由上层结构、下层结构及石墨烯组成,上层结构上制作有集音腔、间隙腔、通孔板、拾音孔、上层金属层、上层绝缘层、上层金属连接位、上层金属键合层,下层结构层上制作有通孔板、间隙腔、阻尼孔、阻尼腔、下层金属层、下层绝缘层、下层金属连接位、石墨烯连接位、下层金属键合层、上层金属焊盘、下层金属焊盘、上层金属连接孔、下层金属连接孔、石墨烯连接孔;在上层结构层(1)上加工有倒四边棱台形结构的集音腔(5、6),集音腔(5、6)的底部分别加工有第一通孔板(7、

8),第一通孔板(7、8)上均布有拾音孔(11、12),在第一通孔板(7、8)的下面加工有第一间隙腔(9、10),第一间隙腔(9、10)的内壁上淀积有上层金属层(13、14),第一间隙腔(9、10)四周矩形边框上淀积有上层绝缘层(15、16),第一上层金属层(13)的左侧连接有第一上层金属连接位(17),第二上层金属层(14)的右侧连接有第二上层金属连接位(18),上层结构层(1)底面的四周边框制作有上层金属键合层(3),上层金属键合层(3)的底面键合有下层金属键合层(4),下层金属键合层(4)制作于下层结构层(2)的四周边框位置处,下层结构层(2)上与第一间隙腔(9、10)相对的位置上加工有第二间隙腔(28、29),第二间隙腔(28、

29)的内壁淀积有下层金属层(19、20),第二间隙腔(28、29)四周矩形边框上淀积有下层绝缘层(21、22),第二间隙腔(28、29)的底部加工有第二通孔板(26、27),第二通孔板(26、27)上均布有阻尼孔(31、32),第二通孔板(26、27)的底部有阻尼腔(42、43),第一下层金属层(19)的左侧与第一上层金属连接位(17)相对的位置处加工有第一下层金属连接位(23),第二下层金属层(20)的右侧与第二上层金属连接位(18)相对的位置处加工有第二下层金属连接位(24),下层结构层(2)的中央位置加工有石墨烯连接位(25),下层结构层(2)的底面两侧边框上制作有上层金属焊盘(32、33)、下层金属焊盘(34、35),下层结构层(2)的底面中间位置处有石墨烯焊盘(36),下层金属连接位(23、24)通过上层金属连接孔(39、40)与上层金属焊盘(32、33)相连,下层金属层(19、20)通过下层金属连接孔(39、40)与下层金属焊盘(34、35)相连,石墨烯连接位(25)通过石墨烯连接孔(41)与石墨烯焊盘(36)相连,上层绝缘层(15、16)与下层绝缘层(21、22)中间夹有石墨烯层(44)。

2.根据权利要求1所述的基于石墨烯的MEMS声学传感器,其特征在于:第一上层金属层(13)与石墨烯层(44)形成第一集音腔(5)的上层电容,第二上层金属层(14)与石墨烯层(44)形成第一集音腔(5)的下层电容,第一下层金属层(19)与石墨烯层(44)形成第二集音腔(6)的上层电容,第二下层金属层(20)与石墨烯层(44)形成第二集音腔(6)的下层电容,第一集音腔(5)的上层电容、下层电容分别由上层金属焊盘(32、33)、下层金属焊盘(34、35)引出,第二集音腔(6)的上层电容、下层电容分别由上层金属焊盘(32、33)、下层金属焊盘(34、35)引出。

3.根据权利要求1所述的基于石墨烯的MEMS声学传感器,其特征在于:第一集音腔(5)的上层电容、下层电容、第二集音腔(6)的上层电容、下层电容组成惠斯通电桥电路,该电桥电路的输出信号通过信号调理电路输出。

4.根据权利要求1所述的基于石墨烯的MEMS声学传感器,其特征在于:集音腔(5、6)呈倒四边棱台结构,采用硅材料湿法工艺制成,集音腔(5、6)的容积由掩膜尺寸窗口和硅片深度决定。

5.根据权利要求1所述的基于石墨烯的MEMS声学传感器,其特征在于:间隙腔(9、10、

28、29)采用反应离子刻蚀加工而成,其加工深度可根据声学传感器的测量范围决定。

6.根据权利要求1所述的基于石墨烯的MEMS声学传感器,其特征在于:第一通孔板(7、8)上均布的拾音孔(11、12)、第二通孔板(26、27)上均布的阻尼孔(30、31)的个数和尺寸可根据声学传感器采集的声音类型、应用环境、阻尼系数确定。

7.根据权利要求1所述的基于石墨烯的MEMS声学传感器,其特征在于:声学传感器(45)采用“flip-chip”技术与信号处理电路模块(46)连接,上层金属焊盘(32、33)、下层金属焊盘(34、35)、石墨烯焊盘(36)通过焊料(47、48、49、50、51)与信号处理电路模块(46)上焊盘(52、53、54、55、56)相连。

8.根据权利要求1所述的基于石墨烯的MEMS声学传感器,其特征在于:封装后形成的声学传感器模块可安装于基座上组成线阵列、面阵列、球面阵列传感器系统。