一种基于MEMS工艺的腔长可调F-P压力传感器及成型方法

摘要

本发明公开了一种基于MEMS工艺的腔长可调F-P压力传感器及成型方法，属于高精度光纤传感测量领域。所述F-P压力传感器主要包括F-P压力敏感MEMS芯片和准直扩束光纤；其中，F-P压力敏感MEMS芯片由SOI硅片和玻璃片组成；SOI硅片包括顶层硅、中间氧化层和底层硅；SOI硅片通过硅-硅键合固定在双抛硅片上，准直扩束光纤通过焊料固定在双抛硅片的圆孔中；所述F-P压力敏感MEMS芯片基于MEMS微加工技术制备，通过与基座和准直扩束光纤对准封装后构成光纤F-P压力传感器；所述传感器兼具高灵敏度、高测量精度、过量程能力优异、机械可靠性高和动态测量响应特性好。

主权项

一种基于MEMS工艺的腔长可调F‑P压力传感器，其特征在于：所述腔长可调F‑P压力传感器包括F‑P压力敏感MEMS芯片(1)和准直扩束光纤(2)；其中，所述F‑P压力敏感MEMS芯片(1)由SOI硅片和双抛硅片(4)组成；所述SOI硅片包括顶层硅(5)、中间氧化层(6)和底层硅(7)；其中，底层硅(7)的外表面依次沉积有增透膜和钝化层(8)；由SOI硅片顶层硅(5)的表面沿SOI硅片厚度方向加工深度至底层硅(7)的环形凹槽，在环形凹槽的中心形成圆柱形凸台；所述圆柱形凸台的表面与底层硅(7)和中间氧化层(6)的分界面处于同一平面，且圆柱形凸台的表面沉积有高反膜Ⅰ(3)；所述准直扩束光纤(2)的上端设置有自聚焦透镜或等效光学元件，并在准直扩束光纤(2)的上端面沉积有高反膜Ⅱ(9)；准直扩束光纤(2)的出射平行光束直径大于光纤纤芯直径；所述双抛硅片(4)具有中心孔，所述圆孔直径大于准直扩束光纤(2)的外径；整体连接关系为：所述SOI硅片通过硅‑硅键合固定在双抛硅片(4)上，键合面为顶层硅(5)的外表面和双抛硅片(4)一侧的表面；准直扩束光纤(2)通过焊料同轴固定在双抛硅片(4)的中心孔中；其中，SOI硅片上的环形凹槽、双抛硅片(4)一侧的表面与准直扩束光纤(2)的上端面形成密闭空腔；所述高反膜Ⅰ(3)与高反膜Ⅱ(9)之间的区域构成F‑P光学干涉腔；所述双抛硅片(4)的中心孔与SOI硅片上底层硅(7)的圆柱形凸台同轴，所述高反膜Ⅰ(3)和高反膜Ⅱ(9)的中心点位于圆柱形凸台的轴线上；且高反膜(3)的面积大于准直扩束光纤(2)的出射光束面积并小于等于圆柱形凸台的面积。