[發明專利]一種薄膜壓力傳感器及制備方法

有效

• 申請號: 201610790333.8
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN106441650B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 刁克明
• 申請（專利權）人: 北京埃德萬斯離子束技術研究所股份有限公司
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司11609
• 代理人: 周嬌嬌,譚輝

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，尤其涉及一種薄膜壓力傳感器及制備方法。

背景技術

傳感器技術是與通信技術和計算機技術構成現代信息產業的三大支柱，是一項當今世界令人矚目的迅猛發展的高新技術，同時又是一項相對通信和計算機技術整體落后的瓶頸工業。傳統傳感器因功能、特性、體積等難以滿足現代計算機技術和通信技術對傳感器的精度、可靠性、抗環境性、信息處理能力等要求而被逐漸淘汰，薄膜壓力傳感器正是將現代微機電系統(MEMS)制造技術成功引進傳感器制造行業而產生的一種新型的傳感器技術。薄膜壓力傳感芯片是利用真空鍍膜技術，將絕緣材料、敏感應變電阻材料、保護材料等以原子形式沉積在彈性不銹鋼膜片上，形成原子鍵合的絕緣薄膜、電阻敏感材料薄膜、保護薄膜等薄膜，并與彈性不銹鋼膜片融合為一體。再經過光刻、調阻等工藝，在彈性不銹鋼膜片表面上形成牢固而穩定的惠斯頓電橋。當被測介質作用于彈性不銹鋼膜片時，惠斯頓電橋產生正比于壓力的電信號輸出。將此信號經放大調節等處理，再配以適當的結構，就成為可廣泛應用于各個領域中的薄膜壓力傳感器。

然而，目前的薄膜壓力傳感器通常采用傳統磁控濺射工藝制備，薄膜表面尖刻、凹谷和針孔較多，影響了傳感器的測量精度。另一方面，目前薄膜壓力傳感器的應變電阻主要采用鎳鉻合金材料。但是鎳鉻材料的溫度漂移較大，制成壓力傳感器后其溫度性能不好，這樣就限制了這類壓力傳感器在惡劣環境下使用。因此，亟待開發一種測量精度高且溫度漂移小的高性能薄膜壓力傳感器。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，針對現有薄膜壓力傳感器的測量精度低且溫度漂移大的缺陷，提供一種薄膜壓力傳感器及制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種薄膜壓力傳感器，至少包括：

彈性基底；

絕緣層，其位于所述彈性基底上；

應變電阻層，其位于所述絕緣層上構成惠斯通電橋電路；所述應變電阻層采用多元素靶材通過離子束濺射沉積技術在所述絕緣層上沉積而成；所述多元素靶材包括鎳、鉻、錳和硅元素，其中各個元素的質量份數為：鎳，70～90份；鉻，10～30份；錳，1～10份；硅，1～10份；

引線膜，其位于所述應變電阻層上，用于將應變電阻層感應彈性基底形變產生的電信號引出。

在根據本發明優選實施例所述的薄膜壓力傳感器中，所述多元素靶材中各個元素的質量份數為：鎳，80～85份；鉻，15～25份；錳，4～6份；硅，4～6份。

在根據本發明優選實施例所述的薄膜壓力傳感器中，所述應變電阻層的厚度為0.1～2.5μm。

在根據本發明優選實施例所述的薄膜壓力傳感器中，所述絕緣層為從下至上依次設置的五氧化二鉭打底膜和二氧化硅絕緣膜構成的復合絕緣膜。

本發明還提供了一種薄膜壓力傳感器的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

S1、提供彈性基底；

S2、通過離子束濺射沉積技術在彈性基底上沉積絕緣層；

S3、在所述絕緣層上制作第一光刻膠，以所述第一光刻膠為掩模，采用多元素靶材通過離子束濺射沉積技術在所述絕緣層上沉積應變電阻層，構成惠斯通電橋電路；所述多元素靶材包括鎳、鉻、錳和硅元素，其中各個元素的質量份數為：鎳，70～90份；鉻，10～30份；錳，1～10份；硅，1～10份；

S4、在所述應變電阻層和暴露的絕緣層上制作第二光刻膠，以所述第二光刻膠為掩模，通過離子束濺射沉積技術在所述應變電阻層上沉積引線膜。

實施本發明的薄膜壓力傳感器及制備方法，具有以下有益效果：本發明采用含有鎳、鉻、錳和硅的多元素靶材，通過離子束濺射沉積技術獲得應變電阻層，制備的薄膜附著力強、密度高，制得的薄膜壓力傳感器能很好地適應超高溫、超低溫介質環境以及介質溫度變化大的場合，并且薄膜表面尖刺、凹谷和針孔少，表面致密且缺陷更小，提高了傳感器的測量精度。

附圖說明

圖1為根據本發明優選實施例的薄膜壓力傳感器結構示意圖；

圖2為根據本發明優選實施例的薄膜壓力傳感器的制備方法流程圖；

圖3為四靶臺雙離子束反應濺射沉積設備的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優A+點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。