一种薄膜压力传感器及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种薄膜压力传感器及制备方法，该薄膜压力传感器至少包括：弹性基底；绝缘层，其位于弹性基底上；应变电阻层，其位于绝缘层上构成惠斯通电桥电路，该应变电阻层采用多元素靶材通过离子束溅射沉积工艺在绝缘层上沉积而成，多元素靶材包括镍、铬、锰和硅元素，其中各个元素的质量份数为：镍，70～90份；铬，10～30份；锰，1～10份；硅，1～10份；以及引线膜，其位于应变电阻层上，用于将应变电阻层感应弹性基底形变产生的电信号引出。本发明专利技术采用镍、铬、锰和硅的多元素靶材，通过离子束溅射沉积技术制得的薄膜压力传感器各层薄膜附着力强、密度高，能很好地适应超高温、超低温介质环境和温度变化大的场合，且测量精度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及传感器
，尤其涉及一种薄膜压力传感器及制备方法。
技术介绍
传感器技术是与通信技术和计算机技术构成现代信息产业的三大支柱，是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展的高新技术，同时又是一项相对通信和计算机技术整体落后的瓶颈工业。传统传感器因功能、特性、体积等难以满足现代计算机技术和通信技术对传感器的精度、可靠性、抗环境性、信息处理能力等要求而被逐渐淘汰，薄膜压力传感器正是将现代微机电系统(MEMS)制造技术成功引进传感器制造行业而产生的一种新型的传感器技术。薄膜压力传感芯片是利用真空镀膜技术，将绝缘材料、敏感应变电阻材料、保护材料等以原子形式沉积在弹性不锈钢膜片上，形成原子键合的绝缘薄膜、电阻敏感材料薄膜、保护薄膜等薄膜，并与弹性不锈钢膜片融合为一体。再经过光刻、调阻等工艺，在弹性不锈钢膜片表面上形成牢固而稳定的惠斯顿电桥。当被测介质作用于弹性不锈钢膜片时，惠斯顿电桥产生正比于压力的电信号输出。将此信号经放大调节等处理，再配以适当的结构，就成为可广泛应用于各个领域中的薄膜压力传感器。然而，目前的薄膜压力传感器通常采用传统磁控溅射工艺制备，薄膜表面尖刻、凹谷和针孔较多，影响了传感器的测量精度。另一方面，目前薄膜压力传感器的应变电阻主要采用镍铬合金材料。但是镍铬材料的温度漂移较大，制成压力传感器后其温度性能不好，这样就限制了这类压力传感器在恶劣环境下使用。因此，亟待开发一种测量精度高且温度漂移小的高性能薄膜压力传感器。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有薄膜压力传感器的测量精度低且温度漂移大的缺陷，提供一种薄膜压力传感器及制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种薄膜压力传感器，至少包括：弹性基底；绝缘层，其位于所述弹性基底上；应变电阻层，其位于所述绝缘层上构成惠斯通电桥电路；所述应变电阻层采用多元素靶材通过离子束溅射沉积技术在所述绝缘层上沉积而成；所述多元素靶材包括镍、铬、锰和硅元素，其中各个元素的质量份数为：镍，70～90份；铬，10～30份；锰，1～10份；硅，1～10份；引线膜，其位于所述应变电阻层上，用于将应变电阻层感应弹性基底形变产生的电信号引出。在根据本专利技术优选实施例所述的薄膜压力传感器中，所述多元素靶材中各个元素的质量份数为：镍，80～85份；铬，15～25份；锰，4～6份；硅，4～6份。在根据本专利技术优选实施例所述的薄膜压力传感器中，所述应变电阻层的厚度为0.1～2.5μm。在根据本专利技术优选实施例所述的薄膜压力传感器中，所述绝缘层为从下至上依次设置的五氧化二钽打底膜和二氧化硅绝缘膜构成的复合绝缘膜。本专利技术还提供了一种薄膜压力传感器的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：S1、提供弹性基底；S2、通过离子束溅射沉积技术在弹性基底上沉积绝缘层；S3、在所述绝缘层上制作第一光刻胶，以所述第一光刻胶为掩模，采用多元素靶材通过离子束溅射沉积技术在所述绝缘层上沉积应变电阻层，构成惠斯通电桥电路；所述多元素靶材包括镍、铬、锰和硅元素，其中各个元素的质量份数为：镍，70～90份；铬，10～30份；锰，1～10份；硅，1～10份；S4、在所述应变电阻层和暴露的绝缘层上制作第二光刻胶，以所述第二光刻胶为掩模，通过离子束溅射沉积技术在所述应变电阻层上沉积引线膜。实施本专利技术的薄膜压力传感器及制备方法，具有以下有益效果：本专利技术采用含有镍、铬、锰和硅的多元素靶材，通过离子束溅射沉积技术获得应变电阻层，制备的薄膜附着力强、密度高，制得的薄膜压力传感器能很好地适应超高温、超低温介质环境以及介质温度变化大的场合，并且薄膜表面尖刺、凹谷和针孔少，表面致密且缺陷更小，提高了传感器的测量精度。附图说明图1为根据本专利技术优选实施例的薄膜压力传感器结构示意图；图2为根据本专利技术优选实施例的薄膜压力传感器的制备方法流程图；图3为四靶台双离子束反应溅射沉积设备的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优A+点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。请参阅图1，为根据本专利技术优选实施例的薄膜压力传感器结构示意图。如图1所示，该薄膜压力传感器至少包括：弹性基底1、绝缘层、应变电阻层5和引线膜4。其中，弹性基底1可以采用不锈钢材料或金属铁材料通过机械加工呈倒“U”型。该弹性基底1的顶面优选为圆形。绝缘层采用离子束溅射沉积技术在弹性基底1上形成。在本专利技术优选的实施例中，该绝缘层1为从下至上依次设置的五氧化二钽打底膜2和二氧化硅绝缘膜3构成的复合绝缘膜。其中五氧化二钽打底膜2起缓冲作用，而二氧化硅绝缘膜3用于绝缘。通过该复合绝缘膜，可以获得在250V直流电压下大于10000MΩ绝缘电阻。五氧化二钽打底膜2的厚度优选为0.1～1.0μm，二氧化硅绝缘膜3的厚度优选为0.1～2.0μm。虽然该实施例中，绝缘层为双层结构，但本专利技术不限于此，而是可以包含单层或者多层结构。例如，绝缘层可以采用离子束溅射沉积技术在弹性基底1上使用二氧化硅、三氧化二铝、碳化硅、氮化硅中的一种或多种制备，也可以采用其他具备绝缘作用的叠层结构。应变电阻层5位于绝缘层上构成惠斯通电桥电路，用于将弹性基底1产生的形变转变为电信号。本专利技术中采用多元素靶材通过离子束溅射沉积技术在绝缘层上沉积而成。该多元素靶材包括镍(Ni)、铬(Cr)、锰(Mn)和硅(Si)元素，其中各个元素的质量份数为：镍，70～90份；铬，10～30份；锰，1～10份；硅，1～10份。当弹性基底1受力时，其中受力变形部位7产生形变，其形变通过绝缘膜传递到应变电阻层5，使应变电阻层5的惠斯通电桥电阻值发生变化，它能输出与所受压力成比例的电信号，通过测量该电信号可以得到对应压力值。该应变电阻层的厚度优选为0.5～2μm。引线膜4位于应变电阻层5上，用于将应变电阻层产生的电信号引出，同时也能接入该惠斯通电桥的电源。该引线膜4可以采用离子束溅射沉积技术在应变电阻层5上沉积而成。在该实施例中，引线膜4由金制成。该引线膜4的厚度优选为5～10μm。虽然本实施例给出了一种具体的引线膜材料，但本专利技术不限于此，而是可以采用其它适用的电极材料，例如铝钴合金。该薄膜压力传感器还可以进一步包括覆盖在暴露的绝缘层和应变电阻层5上的保护膜6。该保护膜优选采用离子束溅射沉积本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜压力传感器，其特征在于，至少包括：弹性基底；绝缘层，其位于所述弹性基底上；应变电阻层，其位于所述绝缘层上构成惠斯通电桥电路；所述应变电阻层采用多元素靶材通过离子束溅射沉积技术在所述绝缘层上沉积而成；所述多元素靶材包括镍、铬、锰和硅元素，其中各个元素的质量份数为：镍，70～90份；铬，10～30份；锰，1～10份；硅，1～10份；引线膜，其位于所述应变电阻层上，用于将应变电阻层感应弹性基底形变产生的电信号引出。

【技术特征摘要】
1.一种薄膜压力传感器，其特征在于，至少包括：弹性基底；绝缘层，其位于所述弹性基底上；应变电阻层，其位于所述绝缘层上构成惠斯通电桥电路；所述应变电阻层采用多元素靶材通过离子束溅射沉积技术在所述绝缘层上沉积而成；所述多元素靶材包括镍、铬、锰和硅元素，其中各个元素的质量份数为：镍，70～90份；铬，10～30份；锰，1～10份；硅，1～10份；引线膜，其位于所述应变电阻层上，用于将应变电阻层感应弹性基底形变产生的电信号引出。2.根据权利要求1所述的薄膜压力传感器，其特征在于，所述多元素靶材中各个元素的质量份数为：镍，80～85份；铬，15～25份；锰，4～6份；硅，4～6份。3.根据权利要求1所述的薄膜压力传感器，其特征在于，所述应变电阻层的厚度为0.1～2.5μm。4.根据权利要求1～3中任一项所述的薄膜压力传感器，其特征在于，所述绝缘层为从下至上依次设置的五氧化二钽打底膜和二氧化硅绝缘膜构成的复合绝缘膜。5.一种薄膜压力传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：S1、提供弹性基底；S2、通过离子束溅射沉积技术在弹性基底上沉积绝缘层；S3、在所述绝缘层上制作第一光刻胶，以所述第一光刻胶为掩模，采用多元素靶材通过离子束溅射沉积技术在所述绝缘层上沉积应变电阻层，构成惠斯通电桥电路；所述多元素靶材包括镍、铬、锰和硅元素，其中各个元素的质量份数为：镍，70～90份；铬，10～30份；锰，1～10份；硅，1～10份；S4、在所述应变电阻层和暴露的绝缘层上制作第二光刻胶，以所述第二光刻胶为掩模，通过离子束溅射沉积技术在所述应变电阻层上沉积引线膜。6.根据权利要求5所述的薄膜压力传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：S2-1、设置主离子源产生的氩离子束的离子能量为500～800eV，设置其离子束流密度为0.4～0.6mA/cm2；并使真空仓的本底压强保持在3×10-3Pa及以下，控制薄膜沉积速率为20～30nm/min；工件台自转速度为7～9rpm，沉积角度为45°；S2-2、利用主离子源产生的氩离子束轰击靶台上的钽靶材，使靶材溅射出来的粒子与辅离子源产生的氧离子束发生反应后沉积在弹性基底上，形成五氧化二钽打底膜；S2-3、利用主离子源产生的氩离子束轰击靶台上的二氧化硅靶材，使靶材溅射出来的粒子沉积在五氧化二钽打底膜上，形成二氧化硅绝缘膜。7.根据权利要求6所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刁克明，
申请(专利权)人：北京埃德万斯离子束技术研究所股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11