[發明專利]一種金屬電阻探測器及其加工方法

在審

• 申請號: 202310012288.3
• 申請日: 2023-01-05
• 公開（公告）號: CN116027378A
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 高金明;才來中;范冬梅;何宗鈺慧
• 申請（專利權）人: 核工業西南物理研究院
• 主分類號: G01T1/26
• 分類號: G01T1/26
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 唐邦英

本發明涉及核聚變等離子體測量技術領域，公開了一種金屬電阻探測器及其加工方法。其中，金屬電阻探測器硅片；在硅片的垂直于厚度方向的一面上通過等離子體增強化學的氣相沉積法蒸鍍有一層氮化硅薄膜；在硅片上通過聚焦離子束技術蝕刻有多個沿厚度方向貫穿所述硅片的通孔，通孔的一端與所述氮化硅薄膜連接；在每一個通孔區域內的靠近硅片一側的氮化硅薄膜上通過磁控濺射技術蒸鍍有一層金屬薄膜；在每一個通孔區域內的遠離硅片一側的氮化硅薄膜上通過光刻技術蝕刻有多條金屬電阻絲。本發明可解決由現有技術加工得到的金屬電阻器存在基板與金屬薄膜之間易脫落且容易引入測量誤差的問題。

技術領域

本發明涉及核聚變等離子體測量技術領域，具體而言，涉及一種金屬電阻探測器及其加工方法。

背景技術

在核聚變等離子體物理研究裝置上，等離子體電磁波輻射是能量損失的一個重要通道，是等離子體能量平衡研究中的重要組成部分。金屬電阻探測器是一種測量等離子體輻射功率的有效工具，它的測量原理是，通過金屬薄膜吸收等離子體輻射，并通過基板將熱傳遞給背面的金屬電阻絲，從而引起電阻絲本身阻值的變化(金屬電阻采用熱敏電阻)。因此，為了提高探測器的靈敏度，需要減小基板的厚度，增大電阻絲的阻值。通常情況下，采用微米量級的聚酰亞胺薄膜作為基板，但是，金屬薄膜與聚酰亞胺之間的結合力比較弱，很容易造成薄膜脫落。同時，如果通過增加金屬電阻絲的長度來增加阻值，會由于金屬電阻絲區域范圍內的溫度不均勻而引入誤差，并且區域過大會造成測量系統的空間分辨下降；如果通過減小電阻絲截面積來增加阻值，會由于截面積太小而引入量子效應從而造成測量誤差增加。此外，在很小的一片基板上需要進行多次鍍膜工藝流程才能實現探測器的功能，相互交叉的鍍膜工藝也會造成不同薄膜之間的污染，造成探測器研制失敗。

有鑒于此，特提出本申請。

發明內容

為了解決由現有技術加工得到的金屬電阻器存在基板與金屬薄膜之間易脫落且容易引入測量誤差的問題，本發明提供一種金屬電阻探測器及其加工方法，通過下述技術方案實現：

一方面提供一種金屬電阻探測器，包括硅片；在硅片的垂直于厚度方向的一面上通過等離子體增強化學的氣相沉積法蒸鍍有一層氮化硅薄膜；在硅片上通過聚焦離子束技術蝕刻有多個沿厚度方向貫穿所述硅片的通孔，通孔的一端與所述氮化硅薄膜連接；在每一個通孔區域內的靠近硅片一側的氮化硅薄膜上通過磁控濺射技術蒸鍍有一層金屬薄膜；在每一個通孔區域內的遠離硅片一側的氮化硅薄膜上通過光刻技術蝕刻有多條金屬電阻絲。

其中，氮化硅薄膜的厚度為15μm；通孔為4mm*1.5mm的矩形通孔；金屬薄膜的厚度為4μm，金屬薄膜的材質為金屬金或金屬鉑。

并且，金屬電阻絲呈波浪形彎折；多條金屬絲通過相鄰波峰或相鄰波谷之間的間隙彼此嵌套在一起。多個通孔對應的多條金屬電阻絲連接成電橋結構。

此外，在遠離所述硅片一側的氮化硅薄膜上通過磁控濺射技術蒸鍍有多條導線和多個電橋結構引腳。導線的一端與所述金屬電阻絲連接，導線的另一端與電橋結構引腳連接。

另一方面，提供一種金屬電阻探測器的加工方法，包括以下步驟：選擇硅片作為基板，采用等離子體增強化學的氣相沉積法在硅片的垂直于厚度方向的一面上蒸鍍一層氮化硅薄膜；采用聚焦離子束技術在硅片上沿厚度方向蝕刻多個貫穿硅片的通孔，使通孔的一端與氮化硅薄膜連接；采用磁控濺射技術在每一個通孔區域內的靠近硅片一側的氮化硅薄膜上蒸鍍一層金屬薄膜；采用光刻技術在每一個通孔區域內的遠離硅片一側的氮化硅薄膜上蝕刻多條金屬電阻絲；采用磁控濺射技術在遠離硅片一側的氮化硅薄膜上蒸鍍多條導線和多個電橋結構引腳；將導線的一端與金屬電阻絲連接，將導線的另一端與電橋結構引腳連接。

其中，蝕刻多條所述金屬電阻絲包括以下步驟：將每條金屬電阻絲蝕刻為波浪形彎折的形狀；將多條呈波浪形彎折的金屬電阻絲通過相鄰波峰或相鄰波谷間的間隙彼此嵌套在一起；將多個通孔對應的多條金屬電阻絲連接成電橋結構。

本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果：