用于濺(jian)射 DFL-800壓(yā)力傳感器(qi)制造的離(lí)子束濺射(shè)設備

濺射壓力(li)傳感器的(de)核心部件(jian)是其敏感(gǎn)芯體（也稱(cheng)敏感芯片(pian)）， 納米(mǐ)薄膜壓力(lì)傳感器 大規模(mó)生産首要(yao)解決敏感(gan)芯片的規(gui)模化生産(chǎn)。一個典型(xíng)的敏🌈感芯(xīn)片是在金(jīn)屬彈性體(tǐ)上濺射澱(dian)積四層或(huò)五層的薄(bao)膜。其中🈲，關(guan)鍵的是與(yǔ)彈性體金(jīn)屬起隔離(lí)📱的介質絕(jue)緣膜和在(zai)絕緣膜上(shang)❌的起應變(biàn)作用的功(gong)能材料薄(bao)膜。

對(duì)介質絕緣(yuan)膜的主要(yao)技術要求(qiu)：它的熱膨(peng)脹系數📱與(yu)金屬彈性(xing)體的熱膨(peng)脹系數基(jī)本一緻，另(ling)外，介質膜(mo)的絕緣常(cháng)數🏒要高，這(zhè)樣較薄的(de)薄膜會有(yǒu)較高的絕(jué)緣電阻值(zhi)。在表面粗(cū)⛱️糙度優于(yú) 0.1μ m的金屬彈(dàn)性體表面(mian)上澱積的(de)薄膜的附(fu)着力要高(gāo)、粘附牢、具(ju)有一定的(de)彈性；在大(dà) 2500με微應(yīng)變時不碎(sui)裂；對于膜(mo)厚爲 5μ m左右(yòu)的介質絕(jué)緣膜，要求(qiu)在 -100℃至(zhì) 300℃溫度(du)範圍内循(xun)環 5000次(ci)，在量程範(fàn)圍内疲勞(láo) 106之後(hou)，介質膜的(de)絕緣強度(du)爲 108MΩ /100VDC以上。

應變薄(bao)膜一般是(shi)由二元以(yi)上的多元(yuan)素組成，要(yao)求元素之(zhī)㊙️間的化學(xue)計量比基(jī)本上與體(ti)材相同；它(tā)的熱膨🏒脹(zhàng)系數與介(jiè)質絕緣膜(mo)的熱膨脹(zhàng)系數基本(ben)一緻；薄膜(mó)的厚度應(yīng)該在保證(zhèng)穩定的連(lián)續薄膜的(de)平均厚度(du)的前提下(xia)，越薄越好(hao)，使🆚得阻值(zhí)高、功耗小(xiǎo)、減少自身(shen)發熱引起(qi)電阻的不(bú)穩定性；應(ying)變電阻阻(zu)值應在很(hen)寬的溫度(du)範圍内穩(wěn)定，對于傳(chuan)感器穩定(ding)性爲 0.1%FS時，電阻變(biàn)化量應小(xiǎo)于 0.05%。　

*，制備非(fēi)常緻密、粘(zhān)附牢、無針(zhen)孔缺陷、内(nèi)應力小、無(wu)雜質污染(rǎn)、具有一定(ding)彈性和符(fú)合化學計(ji)量比的高(gao)質量薄膜(mó)涉及薄膜(mo)工藝中的(de)諸多因素(su)：包括澱積(jī)材料的粒(li)子大小、所(suo)帶能❗量、粒(lì)子到達襯(chèn)底基片之(zhī)前的空間(jiān)環境，基片(piàn)的表面狀(zhuang)況、基片溫(wēn)度、粒子的(de)吸🐉附、晶核(he)生長過程(chéng)、成膜速率(lǜ)等等。根據(ju)薄膜澱積(ji)理論模型(xíng)可知，關鍵(jiàn)是生長層(ceng)或👈初期幾(jǐ)層的薄膜(mo)質🈲量。如果(guo)粒子尺寸(cùn)大，所帶的(de)能量小，沉(chén)澱速率快(kuai)，所澱積的(de)薄膜如果(guo)再附加惡(e)劣環境的(de)影響，例如(ru)薄膜吸附(fù)的氣體在(zài)釋放後形(xíng)成空洞，雜(za)質污染影(yǐng)響💔元素間(jiān)的化學計(jì)量比，這些(xie)都會降低(dī)薄膜的機(ji)械、電和溫(wen)度特性。

美國 NASA《薄膜壓(ya)力傳感器(qì)研究報告(gao)》中指出，在(zai)高頻濺射(shè)中，被濺射(shè)材料以分(fen)子尺寸大(da)小的粒子(zǐ)帶有一定(ding)能量連續(xù)不斷的💔穿(chuan)過等離🌈子(zǐ)體後在基(jī)片上澱積(ji)薄膜，這樣(yàng)，膜質比🐇熱(re)蒸發澱積(jī)薄膜緻密(mì)、附着力好(hǎo)。但🆚是濺射(shè)粒子穿過(guo)等離子體(ti)區域時，吸(xī)附等離子(zǐ)體🏃🏻中的氣(qì)體，澱積的(de)薄膜受到(dao)等離子體(tǐ)内雜質污(wū)染和高溫(wēn)不穩定的(de)熱動态影(yǐng)響，使薄膜(mo)産生更多(duō)的缺陷，降(jiang)低了絕緣(yuán)👉膜的強度(du)，成品率低(dī)。這些成爲(wei)高頻濺射(she)設備的技(jì)術用于批(pī)量生産濺(jiàn)射薄膜壓(yā)力🔞傳感器(qì)的主要限(xian)制。

日(ri)本真空薄(báo)膜專家高(gao)木俊宜教(jiāo)授通過實(shí)驗證明♊，在(zai) 10-7Torr高真(zhēn)空下，在幾(jǐ)十秒内殘(cán)餘氣體原(yuan)子足以形(xing)成分🌍子層(céng)附着在🛀工(gong)件表面上(shang)而污染工(gong)件，使薄膜(mo)質量受到(dao)影響。可見(jiàn)，真空度越(yue)高，薄膜質(zhi)量越有保(bao)障。

此(cǐ)外，還有幾(jǐ)個因素也(yě)是值得考(kǎo)慮的：等離(li)子體内的(de)高溫，使抗(kang)蝕劑掩膜(mó)圖形的光(guang)刻膠軟化(huà)，甚至碳🏃化(huà)。高頻濺📞射(shè)靶，既是産(chǎn)生等離子(zǐ)體的工作(zuò)參數的🔴一(yi)部分😄，又是(shì)産生濺射(she)粒子的工(gong)藝參數的(de)一部分，因(yin)此設備的(de)工作參數(shù)和工藝參(can)數互相制(zhì)約，不能單(dan)獨各自調(diao)整，工藝掌(zhang)握困難，制(zhì)作和操作(zuò)過程複雜(za)。

對于(yu)離子束濺(jian)射技術和(he)設備而言(yan)，離子束是(shì)從離子💛源(yuan)等離🔞子體(tǐ)中，通過離(lí)子光學系(xi)統引出離(lí)子形成的(de)，靶和基片(pian)置放在遠(yuan)離等離子(zi)體的高真(zhēn)空環境内(nèi)，離子束轟(hong)🏃‍♀️擊靶，靶材(cai)原子⭐濺射(she)逸出，并在(zài)襯底基片(piàn)上澱積成(cheng)膜，這一過(guo)程沒有等(deng)離子體惡(e)劣環境影(ying)響，*克服🐅了(le)高頻濺射(she)技術制備(bei)薄膜的缺(quē)陷。值得指(zhi)出的是，離(li)🚶子束濺射(she)普遍認爲(wei)濺射出來(lai)的是一個(gè)和幾🤟個原(yuán)子。*，原子尺(chǐ)寸比分子(zǐ)尺寸小得(de)多，形成🙇‍♀️薄(bao)膜時顆粒(li)更小，顆粒(lì)與顆粒之(zhi)間💃間隙小(xiǎo)，能有效地(dì)減少薄膜(mó)内的空洞(dong)以及針孔(kong)缺陷，提高(gāo)⭕薄膜💃附着(zhe)力和增強(qiáng)薄膜的彈(dan)性。

離(lí)子束濺射(shè)設備還有(you)兩個功能(neng)是高頻濺(jiàn)射設備🏒所(suo)不具🙇🏻有的(de)，，在薄膜澱(dian)積之前，可(kě)以使用輔(fǔ)助離子源(yuán)産生的 Ar+離子束(shu)對基片原(yuan)位清洗，使(shǐ)基片達到(dao)原子級的(de)清潔度，有(you)利于薄膜(mo)層間的原(yuan)子結合；另(lìng)外，利用這(zhè)個離子束(shù)對正在澱(dian)積🈚的薄膜(mó)進行轟擊(jī)，使薄膜内(nèi)的原子遷(qian)移率增🧑🏽‍🤝‍🧑🏻加(jiā)，晶核規則(ze)化♊；當用氧(yǎng)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼離子或氮(dàn)離子轟擊(jī)正在生長(zhang)的薄膜時(shí)，它比用氣(qì)體分子更(geng)能有效地(di)形成化學(xué)計量比✔️的(de)氧化物、氮(dàn)化物。第二(er)，形成等離(li)子體的㊙️工(gong)作參數和(he)薄膜加工(gōng)的工藝☂️參(can)數可以彼(bi)此獨立調(diao)整，不僅可(kě)以獲得設(she)備工作狀(zhuang)态的調整(zheng)和工藝的(de)質量控制(zhi)，而且設備(bèi)操作簡單(dan)化，工藝容(rong)易掌握。

離子束(shù)濺射技術(shù)和設備的(de)這些優點(dian)，成爲國内(nei)外生産濺(jiàn)🌂射薄膜壓(ya)力傳感器(qi)的主導技(ji)術和設備(bei)。這種離子(zi)束共濺射(she)薄膜設備(bèi)除可用于(yu)制造高性(xìng)能薄膜壓(yā)力傳感器(qi)的各種薄(báo)膜🏃‍♀️外，還可(ke)❄️用于制備(bei)集成電路(lù)中的高溫(wen)合金導體(tǐ)薄膜、貴重(zhong)金🌏屬薄膜(mó)；用于制備(bèi)磁性器件(jian)、磁光波導(dao)、磁存貯器(qì)🚶等磁性薄(báo)膜；用于制(zhì)備高質量(liàng)的光學薄(báo)膜，特别是(shì)激光高⭐損(sun)傷阈值窗(chuāng)口薄膜、各(ge)種高反㊙️射(shè)率、高透射(she)率薄膜等(deng)；用于制備(bèi)磁敏、力敏(min)、溫❗敏、氣溫(wen)、濕敏等薄(báo)膜傳感器(qì)用的納米(mǐ)和微米薄(báo)膜；用于制(zhì)備光電子(zi)器件和金(jīn)屬異質結(jié)結構器件(jiàn)、太陽能🔴電(dian)池、聲表面(miàn)波器件、高(gāo)溫超導器(qi)件等所使(shǐ)用的薄膜(mó)；用于制備(bèi)薄膜集成(chéng)電路和 MEMS系統中(zhong)的各種薄(báo)膜以及材(cai)料改性中(zhōng)的各種薄(báo)膜；用⭕于制(zhì)備☀️其它高(gāo)質量的納(na)米薄膜或(huò)微米薄膜(mó)等。本文源(yuán)自 迪(dí)川儀表 ，轉載請(qing)保留出處(chù)。