Page 273 - 《应用声学》2025年第2期

第 44 卷 第 2 期 崔容等： 面向冶金流程智造的高温电磁微声识别芯片的研究与应用 533

化部分光刻胶，为后续显影形成光刻胶图形做准备。
衬底被固定在 x-y 载台上，使相应的图形部位光刻
胶曝光。曝光后，采用湿法显影方法对未聚合的光 SPUDT Ԧ࠱ಕ ծܦᑛ
刻胶进行化学分解来使器件图案显影。经过硬烘
SMD package
焙固化光刻胶，进行显影检验。在此基础上进行金 128O YX-LiNbO 3
ፅࠀጳ
属电极的电子束蒸发，依次进行 Ti、Al 金属薄膜的
生长。 (a) ॲܦಖគᔇྟ
通过曝光系统将预制在掩模版上的器件或图
形精确转移到光刻胶薄层上后，通过电子束蒸镀或
溅射的方法沉积金属薄膜，最后通过剥离的方法将
多余的光刻胶去掉，一般采用丙酮等有机试剂进行
清洗，经过等离子体去胶机清洗后，形成金属 IDT
图形，经过上述工艺步骤后的器件图如图4 所示，其
中换能器由两根均匀IDT组成。

(b) ᅺ᧚ᎪፏѬౢ́฾តፇ౧
图 5 微声标识芯片及测试结果
Fig. 5 EMMA chip and test results

3.2 高温平台搭建
为了测试微声芯片的最高工作温度，并研究芯
片在不同温度下的性能表现，设计开发了一套自动
40um
40 mm
化的高温实验平台，如图 6(a) 所示。该平台能够提
供程控的高温烘烤环境，并实时测量芯片在升温和
老化过程中的温度、器件信号幅度和时延等变化，并
图 4 微声芯片高倍显微图
自动记录数据。
Fig. 4 High power micrograph of EMMA chip
在高温实验中，使用科晶 OTF-1200X 型马弗
经过上述微纳加工工艺制备的芯片封装后 炉，其工作温度可达到 1200 C，并可设置程控温度
◦
的结构如图 5(a) 所示，EMMA 芯片的结构包括 段。在马弗炉内，将微声芯片固定于陶瓷夹具上，并
128 YX-LiNbO 3 基底、IDT 及两侧留用的绑定线 连接了耐高温射频馈线。为了避免馈线氧化，采用
◦
区域、反射栅及防止杂波反射的吸声胶。使用矢量 自制的基于陶瓷封装的耐高温镍线射频馈线。射频
网络分析仪对制备出的层状结构 EMMA 芯片进行 馈线与矢量网络分析仪 (泰克 TTR500) 直接连接，
表征，其时域及频域响应测量结果如图 5(b) 所示。 矢量网络分析仪通过电脑进行 S11 测量，并将测量
该芯片采用了多脉冲位置全反射栅编码于 2 组槽位 数据保存。通过 K 型热电偶感知环境温度，并利用
(MPP-ART) 的编码方案 [15] ，根据回波信号的时延 温度采集器将温度值传送到电脑。为自动记录和展
信息进行编码，时域测量结果展示了不同脉冲对应 示数据，开发了相应的电脑程序，该系统可以定时记
的编码反射栅的峰值信号及能量传播损耗，分别为 录当前马弗炉温度和EMMA芯片的S11参数。
−32.87 dB、−31.99 dB、−31.17 dB、−30.96 dB、 在高温性能测试中，主要的待测量为微声芯片
−29.92 dB。 这些测试结果表明该微声标识芯 反射峰的时延和幅度。由于常规的矢量网络分析仪
片 具 有 低 插 入 损 耗 和 较 好 的 反 射 峰 信 号 幅 度 仅提供 S11 参数，通过对测量得到的 S11 参数进行
一致性。 反傅里叶变换，可以得到待测器件的时域响应，该时