用于濺射 DFL-800壓力傳感器制(zhì)造的離子束濺射設(shè)備

濺射壓力傳感器的核心部件是(shì)其敏感芯體（也稱敏感芯片）， 納(nà)米薄(báo)膜壓力傳感器 大規模生産首要解決敏感芯片的規模化生産。一個典型的敏感芯片是在金屬(shǔ)彈性體上(shàng)濺射澱積(jī)四層或(huò)五層的薄膜(mó)。其中，關鍵的是與彈(dàn)性體金(jīn)屬起隔離的(de)介(jiè)質絕緣膜和在絕(jué)緣膜上的起應變作用的功能材料薄膜。

對介(jiè)質絕緣膜的主要技術要(yào)求：它的熱膨脹系數與金屬彈性體的熱膨脹系數基(jī)本(běn)一緻，另外，介質膜的絕緣常數要高，這樣較薄的薄(báo)膜會有(yǒu)較高的(de)絕緣電阻值。在表面粗糙度優于 0.1μ m的金屬彈性(xìng)體表面(miàn)上(shàng)澱積的薄膜的附着力要(yào)高、粘附牢、具有一定的彈性；在大 2500με微應變時不碎裂；對于膜厚爲 5μ m左右的介(jiè)質絕緣膜，要求在(zài) -100℃至 300℃溫度範圍内循環(huán) 5000次，在量程範圍内疲勞 106之後(hòu)，介質膜的絕緣強(qiáng)度爲 108MΩ /100VDC以上。

應變薄膜一般是由二元以上的多元素(sù)組成，要求元素之間的化學計量比基本上與體(tǐ)材相同；它的熱膨脹系數與介質絕緣膜的熱膨脹系數基本一緻；薄膜的(de)厚度應該在保證穩(wěn)定(dìng)的連續薄膜的平均厚度的前提下，越薄越好，使得阻值高、功耗小、減少自身發熱引起電阻的不穩(wěn)定性；應變電阻阻值應在很寬的溫度範圍内穩定，對于傳感器穩定性(xìng)爲 0.1%FS時，電阻變化量應小于(yú) 0.05%。　

*，制備非(fēi)常緻密、粘附牢、無針孔缺陷、内應力小、無雜質(zhì)污染、具有一定彈性和符合化(huà)學(xué)計量比的(de)高質(zhì)量薄膜涉及(jí)薄膜(mó)工藝中的諸(zhū)多因素：包括澱積材料的粒子大小、所帶能量、粒子到達襯底基(jī)片之前的空間環(huán)境，基片(piàn)的表面狀況、基片(piàn)溫度、粒子的吸附、晶核生(shēng)長過(guò)程、成膜速率等等。根據(jù)薄膜澱積理論模型可知，關鍵是生長層或(huò)初期幾層的薄(báo)膜質(zhì)量。如果(guǒ)粒子尺寸大，所帶的(de)能量小，沉澱速率快，所澱積的薄膜如果再附加惡劣環境的影響，例如薄膜吸附的(de)氣體在釋放後形成空洞，雜質污染影響元素間的化學計量比，這些都會降(jiàng)低薄膜的機械(xiè)、電和溫度特性。

美國 NASA《薄膜壓力傳感器研究報告》中(zhōng)指出，在高頻濺射中，被濺射(shè)材料以分子尺寸(cùn)大小(xiǎo)的粒子帶有一定能量連續不斷(duàn)的穿過等(děng)離子體後在基片上澱(diàn)積薄膜，這(zhè)樣，膜質比熱蒸發澱積薄膜緻密、附着力好。但是濺射粒子穿過等離子體區(qū)域時，吸附等離子體中的氣體，澱積的薄膜受到等離子(zǐ)體内雜質污染和高溫不穩定的熱動态影響，使薄膜産生更多的缺陷(xiàn)，降低了絕緣膜的(de)強度，成品率低。這(zhè)些成爲高頻濺射(shè)設備的技術用于批量(liàng)生産濺射薄膜壓力傳感(gǎn)器的主要限制。

日(rì)本真空薄膜專家高木俊宜教授(shòu)通過實驗證明，在 10-7Torr高真空下，在幾十秒内殘餘氣體(tǐ)原子足以形成分子層附着在工件(jiàn)表面上而(ér)污染工(gōng)件，使薄膜質(zhì)量受(shòu)到影響。可見，真空度越高，薄膜質量越有保障。

此(cǐ)外，還有幾個因素也是值得考慮的：等離子體内的高溫，使抗蝕劑掩膜圖形的光刻膠軟化，甚(shèn)至碳化(huà)。高頻濺射靶，既是産生(shēng)等離子體的工作參(cān)數的一部分，又是産生濺(jiàn)射粒子的工藝參數的一部分，因此設備的工作參數和工藝(yì)參數互相制約(yuē)，不能單獨各自調整(zhěng)，工藝掌握困難，制作和操作過(guò)程複(fú)雜(zá)。

對于離(lí)子束濺射技(jì)術(shù)和設(shè)備而言，離子束(shù)是從離子源等(děng)離子體中，通過離子(zǐ)光學系統引出離子(zǐ)形成的，靶和基片置放在遠離等離子體(tǐ)的高真空(kōng)環境内，離子束轟擊靶，靶材原子濺射逸(yì)出，并在襯底基片上澱積成膜，這一過程沒有等離(lí)子體惡(è)劣環境影(yǐng)響，*克服了高頻濺射技術制備薄膜的缺陷。值(zhí)得指出(chū)的是(shì)，離子(zǐ)束濺射普遍認爲濺(jiàn)射出來的是一個和(hé)幾個原子。*，原子尺寸比(bǐ)分子尺(chǐ)寸小得(dé)多，形成薄膜時顆粒更小，顆粒與顆(kē)粒之間間隙小，能有效地減少薄(báo)膜内的(de)空洞以及針孔缺陷，提高薄膜附着力和增強薄(báo)膜的彈性。

離子(zǐ)束濺射(shè)設備還有兩個功能是高頻濺射設備所不(bú)具有的，，在薄(báo)膜澱(diàn)積之前(qián)，可以使用輔助離子源産生的 Ar+離子束對(duì)基片原位清洗，使基片達(dá)到原子級的清潔度，有利于薄膜層(céng)間的原子結合；另外，利用這(zhè)個離子束對正在(zài)澱(diàn)積的薄膜進行轟擊，使(shǐ)薄膜内的原子遷移(yí)率增加，晶(jīng)核規則化；當用氧離子或氮離子轟擊正在生長的薄膜時(shí)，它(tā)比用氣體分子更能(néng)有效地形成化學計量比的氧化物、氮化(huà)物。第二，形成等離子體的(de)工作參數(shù)和薄膜加工的(de)工藝參數可以彼此獨立(lì)調整，不僅可以獲得設備工作狀态的調整和工藝的質量控制，而(ér)且(qiě)設備操(cāo)作簡單(dān)化，工藝容易掌握(wò)。

離子束濺射技術和設備的(de)這些優點，成爲國内外(wài)生産濺射(shè)薄膜壓力傳感器的主導技術和設備。這種離子束共濺射(shè)薄(báo)膜設備除可用(yòng)于制(zhì)造高(gāo)性能薄膜壓力傳感器的(de)各種薄膜外，還可用(yòng)于制備集(jí)成電(diàn)路中的高溫合金(jīn)導體薄膜、貴重金屬薄膜；用于制備磁性器件、磁光波導、磁存貯器等磁性薄膜；用于制備高質量的光學薄膜，特别是激光高損傷阈值窗口薄膜、各種高反射率、高透射率薄膜等；用于制備磁敏、力敏、溫敏、氣溫、濕敏等薄膜傳感器用(yòng)的納米和微米薄膜；用于制備光(guāng)電子器件和金屬(shǔ)異質結結構器件、太(tài)陽能電池(chí)、聲表面(miàn)波器件、高溫超導(dǎo)器件等所使用的薄膜；用(yòng)于制備薄膜集成電路和 MEMS系統中的各種薄膜以及材料(liào)改性中的各種薄膜(mó)；用于(yú)制備其它高(gāo)質(zhì)量的納米薄膜(mó)或微米薄膜等。本文源自 迪川儀表 ，轉載請保留出處。