本發(fā)明涉及納米壓印技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種基于納米壓印工藝的聲表面波傳感器制造方法。

背景技術(shù)：

聲表面波是沿物體表面?zhèn)鞑サ囊环N彈性波。由于壓電晶體本身是換能介質(zhì)，電聲之間存在耦合，因此在傳播聲表面波的壓電晶體表面可以制作電聲換能器，使電能和聲能互相轉(zhuǎn)換，如圖1A所示。當(dāng)壓電晶體基片上的換能器通過(guò)逆壓電效應(yīng)將輸入的無(wú)線信號(hào)轉(zhuǎn)變成聲信號(hào)后，被左右兩個(gè)周期性柵條反射形成諧振，該諧振器的諧振頻率與溫度有關(guān)，其諧振器頻率的改變隨溫度的改變?cè)谝欢ǚ秶鷥?nèi)呈線性關(guān)系，如圖1B所示。利用這種線性關(guān)系就可以通過(guò)獲取聲表面波的頻率得到精確的被測(cè)溫度。

無(wú)線無(wú)源溫度測(cè)溫系統(tǒng)由聲表面波(SAW)傳感器和讀寫(xiě)器(溫度獲取單元)組成。SAW傳感器通過(guò)其材料特性獲取溫度的變化，并將溫度的變化轉(zhuǎn)換為諧振頻率的變化。讀寫(xiě)器由數(shù)字控制部分和射頻收發(fā)信機(jī)組成，實(shí)現(xiàn)頻率的掃頻和微弱響應(yīng)信號(hào)的檢測(cè)。讀寫(xiě)器產(chǎn)生射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)天線發(fā)送出去，SAW溫度傳感器經(jīng)過(guò)天線接收射頻信號(hào)并將受溫度影響的射頻信號(hào)反射出來(lái)，再由讀寫(xiě)器接收反射回來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、ADC采樣和FPGA處理讀取溫度，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)線溫度數(shù)據(jù)采集。無(wú)源無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖2所示。

叉指換能器(IDT)是聲表面波器件的核心部件，是一種電極相互交錯(cuò)的、能夠激發(fā)和檢測(cè)聲表面波的聲-電、電-聲換能器。IDT激發(fā)聲表面波的原理和電磁波的激發(fā)原理完全相似。IDT的一般結(jié)構(gòu)如圖3所示，31是叉指條，32是匯流條，其幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有叉指周期P、電極寬度a(30微米)、電極間隙b(30微米)、電極厚度h(2微米)、叉指孔徑W(2.5微米)、叉指對(duì)數(shù)N(24)等。叉指換能器與左右反射柵是聲表面波傳感器的核心，直接影響傳感器品質(zhì)因素(Q值)，其傳統(tǒng)工藝是光刻腐蝕技術(shù)，該技術(shù) 存在頻率響應(yīng)范圍過(guò)窄、插入損耗過(guò)高、精度一致性難以控制等不足之處。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種基于納米壓印工藝的聲表面波傳感器制造方法，通過(guò)二次壓印模版壓印制作聲表面波傳感器。

基于上述目的本發(fā)明提供一種基于納米壓印工藝的聲表面波傳感器制造方法，包括：生成刻有叉指換能器以及位于所述叉指換能器左、右兩側(cè)的反射柵的分布圖案的一次壓印模板；使用所述一次壓印模板采用分步重復(fù)壓印方法在基片上連續(xù)印制，將該基片制作為具有多個(gè)與所述一次壓印模板上的圖案相同的二次壓印模板；使用所述二次壓印模版壓印制作聲表面波傳感器。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步的，所述采用分步重復(fù)壓印方法中的壓印方法包括：熱壓印方法、紫外固化壓印方法、微接觸壓印方法。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步的，所述采用分步重復(fù)壓印方法中的壓印方法為熱壓印方法，具體包括：步驟1，在所述基片上均勻涂布一層熱塑性高分子光刻膠，并將所述光刻膠加熱到玻璃轉(zhuǎn)化溫度以上；步驟2，施加壓力，將所述一次壓印模板壓入到已高溫軟化的光刻膠內(nèi)，并維持高溫、高壓狀態(tài)；經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè)的維持時(shí)間后，使熱塑性高分子光刻膠填充到所述一次壓印模板的納米結(jié)構(gòu)內(nèi)；步驟3，待所述光刻膠冷卻固化后，釋放壓力，將所述一次壓印模板脫離所述基片；步驟4，平移所述一次壓印模板，重復(fù)步驟2和3，在所述光刻膠上重復(fù)進(jìn)行壓印復(fù)制所述一次壓印模板的圖形；步驟5，對(duì)所述基片表面的帶有壓印圖形的光刻膠進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕去除殘留的底膠。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步的，在完成步驟5后進(jìn)行步驟6，在帶有光刻膠圖形的所述基片的表面濺射一薄層金屬膜；步驟7，采用剝離工藝去除所述基片表面的光刻膠以及其上面覆蓋的金屬膜，保留所述基片表面無(wú)光刻膠處覆蓋的金屬膜，生成所述二次壓印模板。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步的，對(duì)所述二次壓印模板表面采用烷基硅烷進(jìn)行處理，在所述二次壓印模板表面生成鈍化層；所述烷基硅烷包括：CF3(CF2)6(CH2)2SiCl3等。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步的，以所述二次壓印模板表面保留下 來(lái)的金屬膜作為掩膜進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，使所述基片具有相移型分布的圖案。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步的，采用所述二次壓印模版壓印制作所述叉指換能器以及位于所述叉指換能器左、右兩側(cè)的反射柵，印制材料采用金屬網(wǎng)，使得所述叉指換能器的匯流條為50％金屬覆蓋率的網(wǎng)格狀匯流條。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步的，所述二次壓印模版的基片材質(zhì)為石英晶片；所述叉指換能器的電極材料為鋁、金或銅。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步的，在所述叉指換能器的叉指條、匯流條的表面敷設(shè)二氧化硅保護(hù)膜。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，進(jìn)一步的，利用電子束直寫(xiě)技術(shù)在一次模板上制作50-500個(gè)叉指換能器以及位于所述叉指換能器左、右兩側(cè)的反射柵的圖案，生成所述一次壓印模板。

本發(fā)明的基于納米壓印工藝的聲表面波傳感器制造方法，利用納米壓印工藝在石英基底上印制叉指換能器與左右反射柵的方法制作聲表面波傳感器，印制材料采用50％金屬覆蓋率的網(wǎng)狀匯流條，可以精確的控制叉指換能器條寬與插入損耗，進(jìn)而提高聲表面波傳感器一致性與品質(zhì)因素，具有極高的實(shí)用性，制作成本低，無(wú)污染。

附圖說(shuō)明

圖1A為現(xiàn)有技術(shù)中聲表面波測(cè)溫原理圖；其中，1-反射柵、2-壓電基片、3-換能器、4-天線、5-聲表面波、6-反射柵；圖1B為芯片諧振頻率和溫度變化關(guān)系示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的無(wú)源無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成示意圖；其中，21-讀寫(xiě)器、22，23，24-SAW溫度傳感器；

圖3為叉指換能器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明的基于納米壓印工藝的聲表面波傳感器制造方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖；

圖5A至圖5E為根據(jù)本發(fā)明的基于納米壓印工藝的聲表面波傳感器制造方法的二次模板的制作示意圖；其中，圖5A為一次壓印模板、圖5B為一次壓印模板通過(guò)分布多次壓印生成的二次壓印模板、圖5C為對(duì)二次壓印模板進(jìn) 行濺射金屬處理、圖5D為對(duì)二次壓印模板進(jìn)行剝離處理、圖5E為生成最終的二次模板；

圖6為根據(jù)本發(fā)明的基于納米壓印工藝的聲表面波傳感器制造方法的制作示意圖；其中，51-一次壓印模板、52-二次壓印模板；

圖7為采用50％金屬覆蓋率的網(wǎng)狀匯流條的聲表面波器件示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

納米壓印技術(shù)是納米材料與印刷技術(shù)相結(jié)合的新興交叉技術(shù)，利用最新的納米功能傳感材料，通過(guò)納米印刷方式，并采用蒸鍍旋涂溫度處理等工藝，在陶瓷、塑料及橡膠等基底上印刷電子線路及器件，無(wú)需復(fù)雜的刻蝕工藝，具有工藝簡(jiǎn)單、無(wú)污染的特點(diǎn)。

該技術(shù)由美國(guó)普林斯頓大學(xué)華裔教授周郁(Stephen Chou)于1995年首次提出。通過(guò)將納米結(jié)構(gòu)模板放置在聚合物膜表面，在一定的溫度、壓力等條件下，使聚合物逐漸填充到納米模板空腔中，待聚合物固化定型后，將模板與聚合物剝離，從而實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移的一種方法。與傳統(tǒng)光刻原理不同，納米壓印是一種利用納米壓印模板進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移的方法，在結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移過(guò)程中，結(jié)構(gòu)尺寸由模板尺寸決定，完全不受光波長(zhǎng)的影響，也就不受光學(xué)波長(zhǎng)衍射極限對(duì)構(gòu)筑結(jié)構(gòu)的限制，因此顯示出超高分辨率、高產(chǎn)率、低成本等適合工業(yè)化應(yīng)用的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。納米壓印技術(shù)由于其廣闊的應(yīng)用前景，自誕生之日起，就引起了學(xué)術(shù)界及產(chǎn)業(yè)界的高度重視。

本發(fā)明的“左”、“右”、“上”、“下”等，為基于附圖的方位進(jìn)行描述，并沒(méi)有其它特殊的含義。

圖4為根據(jù)本發(fā)明的基于納米壓印工藝的聲表面波傳感器制造方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖，如圖4所示：

步驟101，生成刻有叉指換能器以及位于叉指換能器左、右兩側(cè)的反射柵的分布圖案的一次壓印模板。

步驟102，使用一次壓印模板采用分步重復(fù)壓印方法在基片上連續(xù)印制，將該基片制作為具有多個(gè)與一次壓印模板上的圖案相同的二次壓印模 板。

步驟103，使用二次壓印模版壓印制作聲表面波傳感器。使用二次壓印模版壓印制作聲表面波傳感器采用納米壓印技術(shù)，包括壓印圖形轉(zhuǎn)移、后續(xù)的刻蝕結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移等工序。

制作模板最常用的材料是石英和硅，用電子束直寫(xiě)技術(shù)可以在硅模板上得到10nm線寬，在石英模板上可以得到20nm線寬。而且石英是可透紫外線和可見(jiàn)光的，而硅不可以透紫外線和可見(jiàn)光。由于要應(yīng)用分步式模壓曝光(stepandflashimprintlithography,SFIL)S-FIL技術(shù)，故采用透光的石英作為模板材料。在一個(gè)實(shí)施例，利用電子束直寫(xiě)技術(shù)在一次模板上制作50-500個(gè)叉指換能器以及位于叉指換能器左、右兩側(cè)的反射柵的圖案，生成一次壓印模板。

采用分步重復(fù)壓印方法中的壓印方法包括：熱壓印方法、紫外固化壓印方法、微接觸壓印方法等。例如，如圖5A至5B所示，采用分步重復(fù)壓印方法中的壓印方法為熱壓印方法，具體包括：

步驟1，在基片上均勻涂布一層熱塑性高分子光刻膠，并將光刻膠加熱到玻璃轉(zhuǎn)化溫度以上，例如為135度。

步驟2，施加壓力，將一次壓印模板壓入到已高溫軟化的光刻膠內(nèi)，并維持高溫、高壓狀態(tài)；經(jīng)過(guò)預(yù)設(shè)的維持時(shí)間后，例如為5-10分鐘，使熱塑性高分子光刻膠填充到一次壓印模板的納米結(jié)構(gòu)內(nèi)。

步驟3，待光刻膠冷卻固化后，釋放壓力，將一次壓印模板脫離基片。

步驟4，平移一次壓印模板，重復(fù)步驟2和3，在光刻膠上重復(fù)進(jìn)行壓印復(fù)制一次壓印模板的圖形。

步驟5，對(duì)基片表面的帶有壓印圖形的光刻膠進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕去除殘留的底膠。

步驟6，在帶有光刻膠圖形的基片的表面濺射一薄層金屬膜。

步驟7，采用剝離工藝去除基片表面的光刻膠以及其上面覆蓋的金屬膜，保留基片表面無(wú)光刻膠處覆蓋的金屬膜，生成二次壓印模板。重復(fù)上述步驟，可以生成多個(gè)二次壓印模板，如圖6所示。

上述實(shí)施例提供的基于納米壓印工藝的聲表面波傳感器制造方法，在取 得刻有少量圖形的一次模版后，用分步重復(fù)熱壓印及剝離的方法取得二次凸型模版，然后采用二次凸型壓印模版來(lái)壓印制作叉指換能器。

在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)二次壓印模板表面采用烷基硅烷進(jìn)行處理，在二次壓印模板表面生成鈍化層，烷基硅烷包括：CF3(CF2)6(CH2)2SiCl3等。固化成型的聚合物能否完整脫模，取決于模板和聚合物表面自由能量。對(duì)模板表面進(jìn)行處理，除了常規(guī)的清洗，還要進(jìn)行硅烷化工藝，即采用烷基硅烷進(jìn)行處理(如CF3(CF2)6(CH2)2SiCl3等)，在模板表面制作鈍化層，使脫模容易并減少表面污垢。

在一個(gè)實(shí)施例中，以二次壓印模板表面保留下來(lái)的金屬膜作為掩膜進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，使基片具有相移型分布的圖案。采用二次壓印模版壓印制作叉指換能器以及位于叉指換能器左、右兩側(cè)的反射柵，印制材料采用金屬網(wǎng)，使叉指換能器的匯流條為50％金屬覆蓋率的網(wǎng)格狀匯流條，叉指換能器左、右兩側(cè)的反射柵也可以為50％金屬覆蓋率的網(wǎng)格狀金屬條。

納米壓印依賴于聚合物層的變形，尺寸大小不同聚合物層變形的程度也不一樣，而聲表面波器件的結(jié)構(gòu)決定了叉指換能器亞微米級(jí)的指條和幾百微米的匯流條是共存的，造成制作100％金屬覆蓋率的叉指換能器很容易產(chǎn)生壓印失敗。為消除尺寸差異，提出采用50％金屬覆蓋率的網(wǎng)狀匯流條設(shè)計(jì)方案，如7所示。

在一個(gè)實(shí)施例中，二次壓印模版的基片材質(zhì)為石英晶片。叉指換能器的電極材料為鋁、金或銅等。在叉指換能器的叉指條、匯流條的表面敷設(shè)二氧化硅保護(hù)膜，可以采用電子束蒸鍍工藝，厚度可以根據(jù)需要設(shè)置，能夠提高工作的可靠性，延長(zhǎng)工作壽命。

上述實(shí)施例提供的基于納米壓印工藝的聲表面波傳感器制造方法，利用納米壓印工藝在石英基底上印制叉指換能器與左右反射柵的方法制作聲表面波傳感器，在取得刻有少量圖形的一次模版后，用分步重復(fù)熱壓印及剝離的方法取得二次凸型模版，然后采用二次凸型壓印模版來(lái)壓印制作叉指換能器與左右反射柵，印制材料采用50％金屬覆蓋率的網(wǎng)狀匯流條，可以精確的控制叉指換能器條寬與插入損耗，進(jìn)而提高聲表面波傳感器一致性與品質(zhì)因素。

上述實(shí)施例提供的基于納米壓印工藝的聲表面波傳感器制造方法，具有至少一種以下優(yōu)點(diǎn)：

1、采用納米壓印工藝可以將叉指換能器條寬控制的很準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)極高的測(cè)量精度與一致性，還可以通過(guò)降低換能器叉指電阻來(lái)降低高頻聲表面波器件的插入損耗，可以穩(wěn)定的提升傳感器Q值(非實(shí)驗(yàn)室性質(zhì))，具有極高的實(shí)用性。

2、采用納米壓印工藝可以降低叉指換能器制作成本，無(wú)污染。

所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：以上僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。