一種光纖傳感探頭及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及屬于光纖傳感器元件技術領域，特別涉及一種用于測量壓力的法布里-帕羅復合腔光纖傳感探頭及制備方法。
【背景技術】
[0002]法布里-帕羅(F-P)腔微型光纖壓力傳感器結構通常有石英毛細管結構和膜片式結構。石英毛細管結構的壓力傳感器由于毛細管壁較厚，對壓力的感知靈敏度低，且由于腔內氣體和石英管的熱脹冷縮等因素的影響，對溫度的敏感性強，所以適用于測量精度要求不高的大范圍的壓力測量。膜片式結構理論上可以獲得較高的靈敏度，但是在光纖端面上制作高靈敏度的膜片存在著技術不成熟，工藝復雜，材料溫度特性和力學特性差等不足。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種機械靈敏度高、反射率高，而且耐高溫，溫度效應小，適合于不同溫度環境下的壓力測量，能實現規模化、集成化生產，提高傳感器芯片生產效益，降低成本的光纖傳感探頭及制備方法。
[0004]本發明解決上述技術問題的技術方案如下:一種光纖傳感探頭，包括玻璃體(210)，所述玻璃體(210)的一側設置有凹槽，所述凹槽的槽口處設置有硼硅敏感薄膜(220)，所述硼硅敏感薄膜(220)與所述玻璃體(210)的槽口之間設置有反射膜(230)，所述硼硅敏感薄膜(220)與所述反射膜(230)—體相連組成，所述反射膜(230)密封所述凹槽從而在所述玻璃體(210)內構成真空腔(240)，所述玻璃體(210)遠離所述硼硅敏感薄膜(220)的一端固定連接有單模光纖(250)。
[0005]上述光纖傳感探頭，所述反射膜(230)為鋁反射膜。
[0006]本發明的有益效果是:硼硅敏感薄膜的機械靈敏度高，壓力測量的分辨率高，最小分辨率達62Pa，高溫穩定性更好，適合于不同溫度環境下的壓力測量，且靈敏度達到
0.51nw/KPa，使本裝置具有良好的線性度、靈敏度和重復性。
[0007]上述一種光纖傳感探頭的制備方法，包括下述步驟:
對玻璃體(210)的一側進行光刻腐蝕得凹槽；
將硼源片正對晶體硅進行硼擴散，對晶體硅的硼擴散面進行磁控濺射制得反射膜(230);對反射膜(230)進行光刻，光刻后與玻璃體(210)凹槽的槽口真空鍵合，在玻璃體(210)內構成真空腔(240);硼源片正對晶體硅進行硼擴散的擴散溫度為1000?1500°C，擴散時間為2?10個小時；
對晶體硅遠離反射膜(230)的一面進行自停止腐蝕，去除硅襯底，得與反射膜(230) —體相連的硼硅薄膜(220);
將玻璃體(210)遠離硼硅薄膜(220)的一側與單模光纖(250)激光鍵合，得光纖傳感探頭。
[0008]上述光纖傳感探頭制備方法，所述晶體硅為單晶硅或多晶硅。
[0009]上述光纖傳感探頭制備方法，所述自停止腐蝕是通過四甲基氫氧化銨對晶體硅進行自停止腐蝕的，腐蝕溫度在50°C?120°C，時間為6?18個小時。
[0010]本發明的有益效果是:采用高溫濃硼擴散自停止腐蝕技術制備的硼硅薄膜，溫度特性好，與玻璃體鍵合粘附性極高，不脫落，硼硅薄膜表面濺射金屬，反射率高，測量的靈敏度高;本工藝與CMOS工藝兼容，可批量生產，提高器件的靈敏度和線性度，實現微型化、降低生產成本。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發明一種光纖傳感探頭的結構示意圖；
圖2為本發明一種光纖傳感探頭制備方法的流程圖。
[0012]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
210、玻璃體，220、硼硅敏感薄膜，230、反射膜，240、真空腔，250、單模光纖。
【具體實施方式】
[0013]以下結合附圖對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。
[0014]如圖1所示，一種光纖傳感探頭，包括玻璃體210，所述玻璃體210的一側設置有凹槽，所述凹槽的槽口處設置有硼硅敏感薄膜220;硼硅敏感薄膜的機械靈敏度高，壓力測量的分辨率高，最小分辨率達62Pa，高溫穩定性更好，可在1000°C以內進行壓力測量，且靈敏度達到0.51nw/Kpa，所述硼硅敏感薄膜220與所述玻璃體210之間設置有反射膜230，所述硼硅敏感薄膜220與所述反射膜230—體相連，所述反射膜230密封所述凹槽，在所述玻璃體210內構成真空腔240，反射膜230的反光率高，能有效提升本裝置的反射率。所述硼硅敏感薄膜220和所述反射膜230之間設置有阻擋層，所述阻擋層由金屬鈦制成，提升了硼硅敏感薄膜220和反射膜230的結構強度。所述玻璃體210遠離所述硼硅敏感薄膜220的一端固定連接有單模光纖250，單模光纖便于信號傳輸。
[0015]優選的，所述硼硅敏感薄膜220和所述反射膜230的上端設置有保護層，所述保護層由金屬金制成，能有效保護硼硅敏感薄膜220和反射膜230，提升硼硅敏感薄膜220和反射膜230的結構強度。
[0016]優選的，所述反射膜230為鋁反射膜，鋁反射膜的反射率高，且成本低，技術成熟，便于加工。
[0017]如圖2所示，一種光纖傳感探頭制備方法，包括對玻璃體210的一側進行光刻腐蝕得凹槽；
將硼源片正對晶體硅進行硼擴散，對晶體硅的硼擴散面進行磁控濺射反射得到反射膜230，硼源片正對晶體硅進行硼擴散的擴散溫度為1100?1250°C，擴散時間為3?5個小時；然后對反射膜230進行光刻，光刻后與玻璃體210凹槽的槽口真空鍵合，在玻璃體210內構成真空腔240;
對晶體硅遠離反射膜230的一面進行自停止腐蝕，通過四甲基氫氧化銨對晶體硅進行自停止腐蝕，腐蝕溫度在50°C?80°C，時長為10?18個小時，去除硅襯底，得與反射膜230—體成型的硼硅薄膜220;將玻璃體210遠離硼硅薄膜220的一側與單模光纖250激光鍵合，得光纖傳感探頭。
[0018]在上述實施例中，所述硼擴散的溫度是一個相對寬泛的范圍，在1000?1500°C這個溫度范圍內都是可行的，溫度低，擴散速度慢一些，生產效率相對較低，擴散效果相對較好，溫度高，則擴散速度較快，同時產品的不良率有所上升，實踐中在整個溫度區間產品的成品率還是有保證的。對于腐蝕溫度而言，一般50°C?80°C就可以了，當然把上限溫度提升至IJ120°C速度也差不多，時間差不多在10個小時以上，高溫腐蝕的情況下，時間有望控制在6個小時左右，最長腐蝕時間需要18個小時。
[0019]采用高溫濃硼擴散自停止腐蝕技術制備的硼硅薄膜，溫度特性好，與玻璃體鍵合粘附性極高，不脫落，硼硅薄膜表面濺射金屬，反射率高，測量的靈敏度高;本工藝與CMOS工藝兼容，可批量生產，提高器件的靈敏度和線性度，實現微型化、降低生產成本。
[0020]以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種光纖傳感探頭，包括玻璃體(210)，所述玻璃體(210)的一側設置有凹槽，其特征在于:所述凹槽的槽口處設置有硼硅敏感薄膜(220)，所述硼硅敏感薄膜(220)與所述玻璃體(210)的槽口之間設置有反射膜(230)，所述硼硅敏感薄膜(220)與所述反射膜(230)—體相連組成，所述反射膜(230)密封所述凹槽從而在所述玻璃體(210)內構成真空腔(240)，所述玻璃體(210)遠離所述硼硅敏感薄膜(220)的一端固定連接有單模光纖(250)。2.根據權利要求1所述的一種光纖傳感探頭，其特征在于:所述反射膜(230)為鋁反射膜。3.一種光纖傳感探頭制備方法，其特征在于包括下述步驟: 對玻璃體(210)的一側進行光刻腐蝕得凹槽； 將硼源片正對晶體硅進行硼擴散，對晶體硅的硼擴散面進行磁控濺射制得反射膜(230);對反射膜(230)進行光刻，光刻后與玻璃體(210)凹槽的槽口真空鍵合，在玻璃體(210)內構成真空腔(240);硼源片正對晶體硅進行硼擴散的擴散溫度為1000?1500°C，擴散時間為2?10個小時； 對晶體硅遠離反射膜(230)的一面進行自停止腐蝕，去除硅襯底，得與反射膜(230) —體相連的硼硅薄膜(220); 將玻璃體(210)遠離硼硅薄膜(220)的一側與單模光纖(250)激光鍵合，得光纖傳感探頭。4.根據權利要求3所述的一種光纖傳感探頭制備方法，其特征在于:所述晶體硅為單晶硅或多晶硅。5.根據權利要求3或4所述的一種光纖傳感探頭制備方法，其特征在于:所述自停止腐蝕是通過四甲基氫氧化銨對晶體硅進行自停止腐蝕的，腐蝕溫度在50°C?120°C，時間為6?18個小時。
【專利摘要】本發明涉及一種光纖傳感探頭及制備方法，光纖傳感探頭包括玻璃體，所述玻璃體的一側設置有凹槽，所述凹槽的槽口處設置有硼硅敏感薄膜；所述硼硅敏感薄膜與所述玻璃體之間設置有反射膜，所述硼硅敏感薄膜與所述反射膜一體成型，所述反射膜密封所述凹槽，在所述玻璃體內構成真空腔。相對現有技術，本發明機械靈敏度高、反射率高，而且耐高溫，溫度效應小，適合于不同溫度環境下的壓力測量，能實現規模化、集成化生產，提高傳感器芯片生產效益，降低成本。
【IPC分類】G01L1/24
【公開號】CN105509940
【申請號】CN201610033543
【發明人】鄭志霞, 黃元慶, 馮勇建, 黃國樹
【申請人】莆田學院
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2016年1月19日