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(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(piàn)）， 納米(mǐ)薄膜壓力(li)傳感器 大規模(mó)生産首要(yao)解決敏感(gǎn)芯片的規(guī)模化生産(chǎn)。一個典型(xing)📱的敏感芯(xin)片是在金(jin)屬彈性體(tǐ)上濺射澱(dian)積四層或(huo)五🤩層的薄(báo)膜。其中，關(guan)鍵的是與(yǔ)彈性體金(jin)屬起隔離(lí)✊的介質絕(jue)緣膜和在(zài)絕♍緣膜上(shàng)的起應變(bian)作用的功(gong)能🤟材料薄(bao)膜。

對(dui)介質絕緣(yuan)膜的主要(yao)技術要求(qiu)：它的熱膨(peng)脹系數與(yǔ)金屬彈性(xing)體的熱膨(péng)脹系數基(ji)本一緻，另(lìng)外，介質🚩膜(mó)的絕緣常(cháng)數🧡要高，這(zhe)樣較薄的(de)薄膜會有(you)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(dan)性體表面(miàn)上澱積的(de)薄膜的附(fù)着力要高(gao)、粘附牢、具(jù)有一定的(de)彈性；在大(dà) 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(dù)範圍内循(xun)環 5000次(ci)，在量程範(fan)圍内疲勞(láo) 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(yǐ)上的多元(yuán)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(ta)的熱膨脹(zhang)系👅數與💃🏻介(jie)質絕緣膜(mo)的熱膨脹(zhàng)系數基本(ben)一緻；薄膜(mo)的厚度應(ying)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(zhi)高、功耗小(xiǎo)、減🥵少自身(shēn)發熱❄️引起(qǐ)電阻的♊不(bú)穩定性；應(yīng)變電阻阻(zu)值💔應在很(hěn)寬的溫度(dù)範圍内穩(wěn)定，對于傳(chuán)感器穩定(dìng)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(zhēn)孔缺陷、内(nei)應力小、無(wú)雜質⭕污染(rǎn)、具有🤟一定(dìng)彈性和符(fú)合化學計(ji)量比的高(gāo)質量薄膜(mo)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(jian)環🔴境，基片(pian)的💞表面狀(zhuàng)況、基片溫(wen)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(ji)層的薄膜(mo)質量。如果(guo)粒子尺寸(cùn)大，所帶的(de)能量小，沉(chen)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(rú)薄膜吸附(fù)的氣體在(zai)釋放後形(xing)成空洞，雜(za)質污染影(yǐng)響元素間(jian)的化學計(jì)量比，這些(xiē)都會降低(di)薄膜的機(ji)械、電和溫(wēn)度特性。

美國 NASA《薄膜壓(yā)力傳感器(qi)研究報告(gao)》中指出，在(zài)高頻濺射(she)中，被濺射(shè)材料🤩以分(fen)子尺寸大(da)小的粒子(zi)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(jī)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(guò)等離子體(tǐ)區域時，吸(xi)附等離子(zi)體中的氣(qi)體，澱積的(de)薄膜受到(dao)等離子體(ti)⭕内雜質污(wu)染和高溫(wen)不穩定的(de)熱動态影(yǐng)響，使薄膜(mo)産生更多(duo)的缺陷，降(jiang)低了絕緣(yuan)膜的強度(dù)，成品率低(dī)。這些成爲(wèi)高👌頻濺射(she)設備的技(jì)術用于批(pi)量生産濺(jian)射薄膜壓(yā)力傳感器(qi)的主要限(xian)制。

日(rì)本真空薄(báo)膜專家高(gao)木俊宜教(jiāo)授通過實(shí)驗證明，在(zài) 10-7Torr高真(zhen)空下，在幾(ji)十秒内殘(can)餘氣體原(yuán)子足以形(xing)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(yuè)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(kao)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(hua)。高頻濺射(shè)靶，既是産(chan)生等離子(zǐ)體的工作(zuò)參數的一(yi)部分，又是(shi)産生濺射(shè)粒子的工(gong)藝參數的(de)一部分，因(yīn)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(zuo)過程複雜(zá)。

對于(yu)離子束濺(jian)射技術和(hé)設備而言(yán)，離子束是(shi)從離子源(yuan)等離子體(tǐ)中，通過離(lí)子光學系(xi)統引出離(li)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(nei)，離🧑🏽‍🤝‍🧑🏻子束轟(hōng)🚶擊靶，靶材(cai)原子濺射(shè)逸出，并在(zai)襯底基片(pian)上澱積成(cheng)膜，這一過(guò)程沒有等(děng)離子體惡(e)劣環境影(yǐng)響，*克服了(le)高頻濺射(she)技術制備(bei)薄膜的缺(que)陷。值㊙️得指(zhi)出的是，離(lí)子束濺射(shè)普遍認爲(wèi)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(báo)膜時顆粒(li)更小👄，顆粒(li)與顆粒之(zhi)間間隙小(xiǎo)，能有效地(di)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(qiang)薄🛀膜的彈(dan)性。

離(li)子束濺射(she)設備還有(you)兩個功能(néng)是高頻濺(jiàn)射設備所(suǒ)✉️不具有🌈的(de)，，在薄膜澱(diàn)積之前，可(kě)以使用輔(fǔ)助離子源(yuan)産🈲生的 Ar+離子束(shu)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(mo)層間的原(yuán)子結合；另(ling)外，利用這(zhe)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(qiān)移率增加(jia)，晶核規則(zé)化；當用氧(yang)離子或氮(dan)離子轟擊(ji)正在生長(zhǎng)的薄膜時(shí)，它比用氣(qi)體分子更(gèng)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(lí)子體的工(gong)作參數和(hé)薄膜加工(gong)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(zhěng)和工藝的(de)質量控制(zhi)，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(shù)和設備的(de)這些優點(dian)，成爲國内(nei)外生産濺(jian)射薄💃🏻膜壓(ya)力傳感器(qì)的主導技(ji)術和設備(bei)。這種離子(zǐ)束🍓共濺射(shè)薄膜設🌐備(bei)除可用于(yú)制造高性(xìng)能薄膜壓(yā)✉️力傳感器(qi)的各種薄(bao)膜外，還可(ke)用于制備(bei)集成電路(lù)中☎️的高溫(wēn)合金導體(ti)薄膜、貴重(zhong)金💜屬薄膜(mo)；用于制備(bèi)磁性器件(jiàn)、磁光波導(dao)、磁存貯器(qì)等磁性薄(bao)膜✔️；用于制(zhi)備高質量(liang)的光學薄(báo)膜🚶‍♀️，特别是(shi)激光高損(sun)傷⛹🏻‍♀️阈值窗(chuāng)口薄膜、各(gè)👉種高反射(she)率、高透⭐射(shè)率薄膜等(děng)；用❤️于制備(bèi)磁敏、力敏(min)、溫敏、氣溫(wen)、濕敏等薄(báo)膜傳感器(qi)用的納米(mǐ)和微米薄(bao)膜；用于制(zhi)備光電子(zǐ)器件和👨‍❤️‍👨金(jin)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(mo)；用于制備(bèi)薄膜集成(chéng)電路和 MEMS系統中(zhōng)的各種薄(bao)膜以及材(cái)料改性中(zhōng)的各種薄(bao)膜；用于制(zhi)備其它高(gao)質量的納(na)米薄膜或(huo)微米薄膜(mó)等。本文源(yuan)自 迪(di)川儀表 ，轉載請(qǐng)保留出處(chù)。