用于濺(jiàn)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(lì)傳感器的(de)核心部件(jian)是其敏感(gan)芯體（也稱(chēng)敏感芯片(pian)）， 納米(mi)薄膜壓力(lì)傳感器 大規模(mo)生産首要(yao)解決敏感(gan)芯片的規(guī)模化生産(chǎn)。一🚶‍♀️個典📧型(xing)的㊙️敏感芯(xin)片是在金(jīn)屬彈性體(tǐ)上濺射澱(dian)積四層或(huo)五層的薄(bao)膜。其中，關(guān)鍵的是與(yu)彈性體金(jin)屬起隔離(li)的介質絕(jué)緣膜和在(zai)絕緣膜上(shang)的起應變(bian)作☁️用的功(gōng)能材料薄(bao)膜⭐。

對(dui)介質絕緣(yuán)膜的主要(yào)技術要求(qiú)：它的熱膨(péng)脹系數📞與(yǔ)🔞金屬彈性(xing)體的熱膨(péng)脹系數基(jī)本一緻，另(lìng)外，介質膜(mo)的🐪絕緣🐉常(chang)數要高♍，這(zhè)樣較薄的(de)薄膜會有(you)較高的絕(jue)緣電阻值(zhí)。在表面粗(cu)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(da) 2500με微應(ying)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(qiú)在 -100℃至(zhì) 300℃溫度(du)範圍内循(xun)環 5000次(cì)，在量程範(fan)圍内疲勞(lao) 106之後(hou)，介質膜的(de)絕緣強度(dù)爲 108MΩ /100VDC以上。

應變薄(bao)膜一般是(shì)由二元以(yi)上的多元(yuan)素組成，要(yào)求元✊素之(zhi)間的化學(xue)計量比基(ji)本上與體(ti)材相同；它(tā)的熱膨🤩脹(zhàng)系數與介(jiè)質📐絕緣膜(mó)的熱膨脹(zhang)系數基本(ben)一☔緻；薄膜(mo)🏃的厚度應(ying)該在保證(zheng)穩定的連(lian)續薄膜的(de)平❌均厚度(dù)的前提下(xià)，越薄越好(hǎo)，使得阻值(zhí)高、功耗小(xiǎo)、減🌈少自身(shēn)發熱引起(qi)電阻的不(bú)穩定性；應(ying)變電阻阻(zu)值應在很(hěn)寬的溫度(dù)範圍内穩(wen)定，對于傳(chuán)感器穩定(ding)性爲 0.1%FS時，電阻變(bian)化量應小(xiao)于 0.05%。　

*，制備非(fēi)常緻密、粘(zhān)附牢、無針(zhen)孔缺陷、内(nei)應力小、無(wu)雜質污染(rǎn)、具有一定(ding)彈性和符(fú)合化學計(jì)量比的高(gāo)質量薄膜(mó)涉及薄膜(mó)工藝中的(de)諸多因素(su)：包括澱積(ji)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(jian)環境，基片(piàn)的表面狀(zhuàng)況👄、基片溫(wen)度、粒子的(de)吸附、晶核(hé)生長過程(chéng)、成膜速率(lǜ)等等。根據(jù)薄膜澱積(jī)理☀️論模型(xíng)可知，關鍵(jiàn)是生長層(ceng)或初期幾(ji)層的薄膜(mo)質量。如果(guǒ)粒子尺寸(cùn)大，所帶的(de)能量小，沉(chen)澱速率快(kuài)，所澱積的(de)薄膜如果(guo)再附加惡(è)劣環境的(de)🔞影✏️響，例如(ru)薄膜吸附(fu)的氣體在(zai)釋放後形(xing)成空洞，雜(zá)質污染影(ying)響🧑🏽‍🤝‍🧑🏻元素間(jiān)的化學計(jì)量比，這些(xie)都會降低(di)薄膜的機(jī)械、電和溫(wen)度特性。

美國 NASA《薄膜壓(yā)力傳感器(qì)研究報告(gào)》中指出，在(zài)高頻濺射(she)中，被濺🧑🏽‍🤝‍🧑🏻射(shè)材料以分(fen)子尺寸大(dà)小的粒子(zǐ)帶有一定(dìng)能量連續(xù)不斷的穿(chuān)過等離子(zǐ)體後在基(ji)片上澱積(jī)薄膜，這樣(yàng)，膜質比熱(re)蒸發澱積(ji)薄膜緻密(mì)、附着力好(hao)。但是濺射(shè)粒子穿過(guò)等離子體(ti)區域時，吸(xi)附📐等離子(zǐ)體中的氣(qi)體，澱積的(de)薄膜受❤️到(dào)等離子體(tǐ)✂️内雜質污(wu)染和高溫(wen)不穩定的(de)熱動态影(yǐng)響，使薄膜(mó)産生更多(duō)的🏃‍♂️缺陷，降(jiàng)低了絕緣(yuan)膜的強度(dù)，成品率低(dī)。這些成爲(wèi)高頻濺射(shè)設備的技(jì)術🏃🏻用于批(pi)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(bao)膜專家高(gao)木俊宜教(jiāo)授通過實(shi)驗證明，在(zai) 10-7Torr高真(zhen)空下，在幾(jǐ)十秒内殘(cán)餘氣體原(yuan)子足以形(xíng)成分子層(céng)附着在工(gōng)件表面上(shang)而污染工(gong)件，使薄膜(mo)質量受到(dào)🔴影響。可見(jian)，真空度越(yue)🛀高，薄膜質(zhi)量越有保(bǎo)障。

此(cǐ)外，還有幾(jǐ)個因素也(ye)是值得考(kǎo)慮的：等離(lí)子體内的(de)高溫，使抗(kang)蝕劑掩膜(mó)圖形的光(guang)刻膠軟化(hua)，甚至碳化(hua)。高頻濺射(she)靶，既是産(chǎn)生🌈等離子(zi)體的工作(zuò)參數的一(yī)部分☁️，又是(shi)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(shu)和工藝參(can)數互相制(zhì)約，不能單(dān)獨各自調(diao)✏️整，工藝掌(zhǎng)握困難，制(zhì)作和操作(zuò)過程複㊙️雜(zá)。

對于(yú)離子束濺(jiàn)射技術和(he)設備而言(yán)，離子束是(shi)從離子源(yuán)等離子體(ti)中，通過離(li)子光學系(xi)統引出離(lí)子形成的(de)🐇，靶和基片(pian)置放在遠(yuǎn)離等離子(zi)體的高真(zhēn)空環境内(nèi)，離子束轟(hōng)擊靶，靶材(cai)原子濺射(she)逸🌂出，并在(zai)襯底基片(pian)上澱積成(chéng)膜，這一過(guò)程沒有等(deng)離子體惡(è)劣環🔞境影(ying)響，*克服了(le)高頻濺射(she)技術制備(bei)薄膜的缺(que)陷。值🏃‍♀️得指(zhǐ)出的是😘，離(li)子束濺射(she)普遍認爲(wèi)濺射出來(lai)的是👌一個(gè)和幾個原(yuan)子♍。*，原子尺(chǐ)寸比分子(zi)尺寸小得(dé)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(di)減少薄膜(mo)内的空洞(dòng)以及針孔(kǒng)缺陷，提高(gāo)薄膜附着(zhe)力和增強(qiang)薄🔞膜的彈(dàn)性。

離(lí)子束濺射(shè)設備還有(yǒu)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(yuan)産生的 Ar+離子束(shù)對基片原(yuán)位清洗，使(shǐ)基片達到(dào)原子級的(de)清潔度🥰，有(you)利于薄膜(mó)層間的原(yuán)子結合；另(ling)外，利用這(zhè)個離子⛹🏻‍♀️束(shu)對正在澱(diàn)積的薄膜(mó)進行轟擊(ji)，使薄膜内(nei)的原子遷(qiān)移率增加(jiā)，晶核規則(ze)化；當用氧(yǎng)離子或氮(dan)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(dì)形成🔞化學(xué)計量比的(de)氧化物、氮(dàn)化物。第二(èr)，形成等離(li)子體📱的工(gōng)作參數和(hé)薄膜加工(gong)的工藝參(can)數可以彼(bǐ)此獨立調(diao)整，不僅可(ke)以獲得⁉️設(shè)備工作狀(zhuang)态的💰調整(zheng)和工藝的(de)質量控制(zhì)，而且設備(bei)操✂️作簡單(dan)化，工藝容(rong)易掌握。

離子束(shù)濺射技術(shu)和設備的(de)這些優點(dian)，成爲國内(nèi)外生産濺(jian)射薄🛀🏻膜壓(yā)力傳感器(qì)的主導技(ji)術和設備(bei)。這⛷️種離子(zǐ)束🔞共濺射(she)薄膜設備(bèi)除可用于(yú)制造高性(xìng)能薄膜壓(yā)力傳感器(qì)的各種薄(báo)膜外，還可(ke)用于制備(bèi)集成電路(lu)中的高溫(wēn)合金導體(ti)薄🌈膜、貴重(zhòng)金屬薄膜(mo)；用于制備(bèi)磁性器件(jiàn)、磁光波導(dǎo)、磁存貯器(qi)💜等磁性薄(bao)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(chuang)口薄膜、各(gè)種高反射(she)率、高透射(shè)率薄膜等(deng)；用于制備(bei)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(zhi)備光電子(zǐ)器件和☔金(jin)屬異質結(jie)結構器件(jiàn)、太陽能電(dian)池、聲表面(mian)波✍️器件、高(gao)溫🤟超導器(qì)件等所使(shǐ)用的薄膜(mó)；用于制備(bèi)薄膜集成(cheng)電✊路和 MEMS系統中(zhōng)的各種薄(bao)膜以及材(cái)料改性中(zhong)的各種薄(báo)膜；用于制(zhì)備其🆚它高(gao)質量的納(nà)米薄膜或(huò)微米薄膜(mó)等。本文源(yuan)自 迪(di)川儀表 ，轉載請(qing)保留出處(chu)。