用于光学传声金刚石微悬臂梁的制备方法

本发明属于微型传感器的，特别是涉及用于光学传声金刚石微悬臂梁的制备方法。

背景技术：

1、微悬臂梁作为微机电系统中常用的微传感器，其所具有的成本低、质量轻、功耗低、体积小、灵敏度高、响应速度快以及可批量生成的优点，使其在物理量探测、生化领域、环境监测等诸多领域都具有广泛的应用。微悬臂梁的典型结构，一般是一端固定、另外一端悬空的结构。主要的结构形式包括矩形式、三角式、t形式、u形式、音叉式和桥式这6种。其中矩形结构较为简单，且加工容易，因此得到了最为广泛的应用。在相同尺寸下，梁的杨氏模量越大，共振频率越高，则检测灵敏度越高，因此利用杨氏模量大的材料会使梁的检测灵敏度提高。金刚石杨氏模量为1143gpa，约为硅杨氏模量(130gpa)的9倍，因此可承受的应变范围大，具有较好的灵敏度。同时金刚石还具有较高的热导率及热稳定性，可以在高达600℃的高温环境中工作。目前，微悬臂梁的制造一般采用湿法刻蚀或是干法刻蚀工艺。其工艺复杂，成本较高，探索工艺简单制备方法，可促进悬臂梁实现批量化生产。在光学传声的研究领域，采用振动的薄膜来反射射来的光束，实现声波振动到光束变化的转换，从而实现声信号→光信号的转换，再通过该光信号将声信号进行传输，解决声传输依赖介质的问题，对于薄膜反应灵敏度和承受振动频率的覆盖范围有更高的要求，发明人考虑采用金刚石薄膜的微悬臂梁来作为这个振动元件，利用金刚石的相关特点来提升光学传声元件的性能。

技术实现思路

1、为了解决存在的上述问题，来寻找一种制作过程环保，低制造成本的制备方法，本发明提供了光学传声金刚石微悬臂梁的制备方法。

2、本发明的技术方案是：一种用于光学传声金刚石微悬臂梁的制备方法，包括如下步骤；

3、1).基片台的准备

4、准备基片台，采用尺寸为2英寸的钼片，对其进行镜面抛光，

5、2).金刚石薄膜生长

6、将上述抛光后的基片台放入到微波等离子体设备，通入甲烷和氢气，进行金刚石薄膜生长，甲烷浓度为5％，余量为氢气，温度为850℃-880℃，腔体压力为120-150mbar，微波功率为3000w-5500w，生长时间从15小时-50小时，成长为厚度10-50μm的金刚石薄膜；

7、3).降温脱离

8、步骤2)完成后，缓慢降低功率及压强，减缓温度降低速度，由于金刚石与钼之间的热膨胀系数不同，金刚石薄膜或从钼片表面脱落，得到自支撑金刚石薄膜；

9、4).激光切割制作微悬臂梁

10、将得到的自支撑金刚石薄膜，用激光直写设备根据微悬臂梁的尺寸图案进行激光切割，先切割外形，然后再切割n形的狭缝，制得微悬臂梁。

11、优选的，所述步骤1)中钼片抛光后表面粗糙度<5nm。

12、优选的，所述步骤4)中微悬臂梁狭缝切割区域靠近自支撑金刚石薄膜的中部，所得微悬臂梁位于自支撑金刚石薄膜的中部。

13、优选的，所述步骤3)中缓慢降低温度，降温过程2-5个小时，自850℃-880℃降低到室温15℃-25℃。

14、本发明的有益效果是：

15、本发明的光学传声金刚石微悬臂梁的制备方法，首先将镜面抛光的钼片置入到微波等离子体设备中，控制通入的甲烷浓度，温度，内部压力，微波功率，生长时间等，实现对金刚石薄膜生长过程的控制，然后利用钼片和金刚石的热膨胀系数不同的特点，缓慢降温，生长完成的金刚石薄膜从钼片表面脱离下来，从而得到微米级超薄的、可用于光学传声领域的金刚石自支撑膜，最后通过激光切割在该金刚石自支撑膜上形成金刚石微悬臂梁，经测试，该金刚石微悬臂梁通过声波驱动其振动的灵敏度更高，同时能够覆盖的声波频率范围更宽，上述制作过程不涉及化学刻蚀与腐蚀基底的过程，制作过程更为环保，钼片本身还可以多次抛光反复使用，整体制作成本更低廉，更利于该金刚石微悬臂梁市场化推广。

技术特征：

1.一种用于光学传声金刚石微悬臂梁的制备方法，包括如下步骤；

2.根据权利要求1所述的用于光学传声金刚石微悬臂梁的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中钼片抛光后表面粗糙度<5 nm。

3.根据权利要求1所述的用于光学传声金刚石微悬臂梁的制备方法，其特征在于： 所述步骤4）中微悬臂梁狭缝切割区域靠近自支撑金刚石薄膜的中部，所得微悬臂梁位于自支撑金刚石薄膜的中部。

4.根据权利要求1所述的用于光学传声金刚石微悬臂梁的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中缓慢降低温度，降温过程2-5个小时，自850℃ - 880℃降低到室温15℃-25℃。

技术总结一种本发明的光学传声金刚石微悬臂梁的制备方法，首先将镜面抛光的钼片置入到微波等离子体设备中，控制通入的甲烷浓度，温度，内部压力，微波功率，生长时间等，实现对金刚石薄膜生长过程的控制，然后利用钼片和金刚石的热膨胀系数不同的特点，缓慢降温，生长完成的金刚石薄膜从钼片表面脱离下来，从而得到微米级超薄的、可用于光学传声领域的金刚石自支撑膜，最后通过激光切割在该金刚石自支撑膜上形成金刚石微悬臂梁，经测试，该金刚石微悬臂梁通过声波驱动其振动的灵敏度更高，同时能够覆盖的声波频率范围更宽，上述制作过程不涉及化学刻蚀与腐蚀基底的过程，制作过程更为环保，钼片本身还可以多次抛光反复使用，整体制作成本更低廉，更利于该金刚石微悬臂梁市场化推广。技术研发人员：单崇新,林超男,张镇峰,焦富行,赵文博受保护的技术使用者：郑州大学技术研发日：技术公布日：2024/1/15