摘要：通过关键工艺步骤,将硅(Si)纳米膜制备在差分结构水听器上作为压敏电阻,利用Si纳米膜的巨压阻效应来提高水听器的灵敏度;利用深Si刻蚀,将Si柱与芯片一体化,减少了差分结构的对准误差,同时抑制海洋洋流带来的振动干扰。设计了相对应的光刻掩模版和整套工艺流程,通过MEMS工艺,成功加工出Si纳米膜作为压敏电阻,实现矢量水听器芯片与Si柱集成化。对制备好的芯片进行观测与测试,使用激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜(SEM)设备观察芯片形貌良好,尺寸与设计基本一致;通过半导体分析仪测量得到压敏电阻器的阻值为15.3×10^(4)Ω,线性度良好,符合矢量水听器功能需求。

摘要：微机电系统(MEMS)矢量水听器在使用中会受到平台运动、海浪、洋流等冲击的干扰从而影响对目标声源的探测。为实现水听器的精准探测,提出了一种纤毛-硅柱结构的可抑制振动噪声的矢量水听器。设计了一种力矩平衡结构,利用COMSOL软件对矢量水听器的参数构建有限元分析模型,并对其静态分析、模态分析以及谐响应分析仿真。结果表明:矢量水听器灵敏度为-184.35 dB;可在0~100 g n载荷内正常工作;在工作带宽20~1000 Hz内能有效降低振动噪声带来的干扰。随后提出一种基于MEMS技术的可批量制造工艺,可确保硅柱与水听器的一体化集成,可极大提高矢量水听器的一致性。

摘要：随着水下探测技术的发展,为满足水听器更精准的定位和更远距离的探测要求,提出了一种基于微电子机械系统(MEMS)的压阻式一体化矢量水听器。设计了一套能够将硅纤毛与二氧化硅悬臂梁相集成的工艺方案,以期解决长期以来由于纤毛二次集成带来的一致性误差。对水听器的性能进行有限元仿真分析,通过应力仿真得出理论上能够将其灵敏度提高约11.3 dB,模态分析表明其具有更宽的工作频带,证明该方案能够有效优化水听器的性能。介绍了该方案的具体工艺流程及重点工艺步骤,完成了一体化矢量水听器的制备。通过扫描电子显微镜(SEM)进行形貌观测,得到悬臂梁长为247μm、宽为121μm、厚为3.3μm,与设计指标基本一致,验证了工艺设计的合理性。对压敏单元进行电阻测试,得到了线性度很高的I-V特性曲线,说明其欧姆接触良好。分别对4个悬臂梁上的压敏电阻进行电阻测试,阻值均为(7 000±50)Ω,表明电阻的一致性很好,符合矢量水听器的设计需求。

摘要：水听器是水下探测的主要仪器,通过对其结构的研究和改进可显著提升其性能。针对现阶段矢量水听器所采用的纤毛二次集成方式所造成的一致性误差较大的问题,以硅纳米膜作为压敏单元,设计了一种新型基于微电子机械系统(MEMS)的压阻式矢量水听器。通过理论及仿真确定最优尺寸,进行一体化工艺流程的设计,将硅纤毛直接集成在二氧化硅梁上,既提高了对准的精度,又缩小了整体尺寸。对制备的水听器芯片进行测试,得到了压敏单元的I-V特性。测试结果表明其阻值达到7 kΩ,同时测得该压敏单元的压阻系数为3.12×10^(-9) Pa^(-1),相比于传统p型[110]体硅压敏单元的压阻系数提高了约4.35倍,压阻系数的提升可以有效提高水听器的灵敏度。此设计能够优化水听器的性能,可为后续水听器的研究和改进提供新的思路。

摘要：随着水下消声技术的发展,水下目标探测难度越来越大,单个水听器难以实现有效探测,需组成水听器阵列,而现有微电子机械系统(MEMS)矢量水听器存在粘接纤毛一致性相对较差、阵列应用相对困难等问题。设计了一种微纳跨尺度一体化MEMS矢量水听器。根据理论与有限元仿真分析,确定了在满足水下探测频率20~1 000 Hz使用条件下的MEMS矢量水听器的基本尺寸,并对该水听器进行了微纳跨尺度一体化加工流程设计,通过一体化加工工艺方式,加工出硅纳米线作为敏感压阻单元,使该水听器压阻达到约1.2×104Ω,相比现有水听器压阻的阻值有了明显的提高,并对硅纳米线压阻进行了压阻系数测试,结果表明一体化工艺加工出的硅纳米线比传统体硅压阻系数提高了3~4倍。同时该工艺将硅纤毛与二氧化硅梁集成在一起,减少了粘接过程存在的对准精度与一致性差的问题,为MEMS矢量水听器发展提供了一个新的研究方向。