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

濺射壓力(li)傳感器的(de)核心部件(jiàn)是其敏感(gan)芯體（也稱(cheng)敏😄感芯片(pian)❤️）， 納米(mi)薄膜壓力(li)傳感器 大規模(mó)生産首要(yào)解決敏感(gǎn)芯片的規(guī)模化生産(chan)。一個☀️典型(xing)的敏感芯(xin)片是在金(jīn)屬彈性體(ti)上濺射澱(dian)積🚩四層📞或(huò)五層的薄(báo)膜。其中，關(guān)鍵的是與(yǔ)彈性體金(jīn)屬起隔離(li)的介質絕(jué)緣膜✨和在(zài)絕緣膜上(shàng)的起應變(biàn)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(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(mó)的絕緣常(chang)數要高，這(zhè)樣較薄的(de)薄膜會有(yǒu)較高的👄絕(jue)緣電阻值(zhi)。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(gao)❤️、粘附牢、具(jù)🍉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(qiú)在 -100℃至(zhi) 300℃溫度(du)範圍内循(xún)環 5000次(cì)，在量程範(fàn)圍内疲勞(lao) 106之後(hou)，介質膜的(de)絕緣強度(du)爲 108MΩ /100VDC以上。

應變薄(báo)膜一般是(shì)由二元以(yǐ)上的多元(yuán)素組成，要(yao)求元素之(zhī)間的化學(xue)計量比基(jī)本上與體(tǐ)材相同；它(tā)的🤟熱膨脹(zhang)系數與介(jiè)質絕緣膜(mó)的熱膨脹(zhang)系數基本(běn)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(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(shen)發熱引起(qǐ)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(wěn)定，對于傳(chuan)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(zhēn)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(ji)量比的高(gao)質量薄膜(mo)涉及薄膜(mo)工藝中的(de)諸多因素(su)：包括澱積(ji)材料的粒(lì)子大小、所(suo)帶能量、粒(li)子到達襯(chen)底基片之(zhī)前🔞的空間(jiān)環境，基片(pian)的💃🏻表面狀(zhuang)況、基片溫(wen)度、粒子的(de)吸💃附、晶核(he)生長過程(cheng)、成膜速率(lü)等等。根據(jù)薄膜澱積(jī)理論模型(xing)可知，關鍵(jian)是生長層(ceng)或初期幾(ji)層的薄膜(mo)質量。如果(guǒ)粒子尺寸(cun)📞大，所帶的(de)能量小🛀🏻，沉(chen)澱速率快(kuai)，所澱積的(de)薄膜如果(guǒ)再附加惡(e)劣環境的(de)影響，例如(ru)薄膜吸附(fù)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(ji)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(qi)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(zi)帶有一定(dìng)能量連續(xu)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(rè)蒸發🌈澱積(ji)薄膜緻密(mi)、附着力好(hao)。但是濺射(she)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(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(di)。這些成爲(wèi)高🚶‍♀️頻濺射(shè)設備的技(ji)術用于批(pī)量生産濺(jian)射🥵薄膜壓(ya)力傳感器(qi)的主要限(xiàn)制。

日(rì)本真空薄(bao)膜專家高(gāo)木俊宜教(jiao)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(yuán)子足以形(xíng)成分子層(ceng)附着在♍工(gong)件表面上(shang)而污染工(gong)件，使薄膜(mó)質量受到(dao)影響。可見(jiàn)，真空度越(yue)高，薄膜質(zhì)量越有保(bǎo)障。

此(ci)外，還有幾(ji)個因素也(yě)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(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(zuo)參數的一(yī)部分，又是(shì)産生濺射(shè)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(zhi)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(za)。

對于(yú)離子束濺(jiàn)射技術和(hé)設備而言(yán)，離子束是(shi)從離子源(yuán)等離子體(tǐ)中，通過離(li)子光學系(xì)統引出離(lí)子形成的(de)⁉️，靶和基片(piàn)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(shè)逸出，并在(zai)襯底☀️基片(pian)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(shè)技術制備(bèi)薄膜的缺(quē)陷。值📐得指(zhi)出的是，離(lí)子束濺射(she)普遍🏃認爲(wèi)濺射出來(lái)的是一個(gè)和幾個原(yuan)子。*，原子尺(chi)寸比分子(zǐ)✨尺寸小得(dé)多，形成薄(báo)膜時顆粒(li)更小⭐，顆粒(lì)與顆粒之(zhī)間間隙小(xiǎo)，能有效地(di)減少薄膜(mó)内的空洞(dong)以及針孔(kǒng)缺陷，提高(gao)薄膜附着(zhe)力和增強(qiáng)薄膜的彈(dàn)性。

離(lí)子束濺射(shè)設備還有(you)兩個功能(neng)是高頻濺(jian)射設備♻️所(suo)不具有的(de)，，在薄膜澱(diàn)積之前，可(kě)以使用輔(fu)助離子源(yuán)産生的⁉️ Ar+離子束(shù)對基片原(yuán)位清洗，使(shi)基片達到(dao)原子級的(de)清潔度，有(yǒu)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(jī)，使薄膜内(nei)的原子遷(qian)移率增加(jiā)，晶核規則(ze)化；當用氧(yang)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(di)形成化學(xué)計量比☀️的(de)氧化物、氮(dan)化物。第二(èr)，形成等離(lí)子體的工(gōng)作參數和(hé)薄膜加工(gong)的工藝參(cān)數可以彼(bi)此獨立調(diao)👈整，不僅可(kě)以獲得設(shè)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(róng)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(nèi)外生産濺(jiàn)射薄膜壓(yā)力傳感器(qì)的主導技(jì)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(ya)‼️力傳感器(qì)的各種薄(báo)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(mó)；用🔞于制備(bèi)磁性器件(jian)、磁光波導(dǎo)、磁存貯器(qi)等磁性薄(bao)膜；用于制(zhi)備高質量(liàng)的光學薄(bao)膜，特别是(shi)激光高損(sǔn)傷阈值窗(chuang)口薄膜、各(gè)種高反🔴射(shè)率、高透🐪射(shè)率薄膜等(deng)；用于🤟制備(bèi)磁敏、力敏(mǐn)、溫敏、氣溫(wen)、濕敏等薄(báo)膜傳感器(qì)用♊的納米(mǐ)和微米薄(bao)膜；用于制(zhi)備光電子(zi)器件和✌️金(jīn)屬☔異質結(jié)結構器件(jiàn)、太陽能電(diàn)池、聲表面(miàn)波🏃‍♀️器件、高(gāo)溫⭐超導器(qì)件等所使(shi)用的薄膜(mó)；用于制備(bei)薄膜集成(cheng)電路和 MEMS系統中(zhong)的各種薄(báo)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(dí)川儀表 ，轉載請(qǐng)保留出處(chu)。