用于濺(jian)射 DFL-800壓(ya)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(jiàn)是其敏感(gan)芯體（也稱(cheng)敏感芯⚽片(pian)）， 納米(mǐ)薄膜壓力(li)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(jin)屬彈性體(ti)上濺射澱(diàn)積四層或(huò)五層的薄(bao)膜。其中，關(guān)鍵的是與(yu)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(yuán)膜的主要(yao)技術要求(qiú)：它的熱膨(péng)脹系數與(yu)金屬彈性(xìng)體的熱膨(peng)脹系數基(ji)本一緻，另(ling)外，介質膜(mó)的絕緣常(cháng)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(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(suì)裂；對于膜(mó)厚爲 5μ m左右(you)的介質絕(jue)緣膜，要求(qiu)在 -100℃至(zhi) 300℃溫度(du)範圍内循(xun)環 5000次(ci)，在量程範(fan)圍内疲勞(lao) 106之後(hòu)，介質膜的(de)絕緣強度(du)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(zhī)🈲間的化學(xue)計量比基(ji)本上與體(tǐ)材相同；它(tā)的熱膨脹(zhàng)系✂️數與介(jiè)質絕緣膜(mó)的熱膨脹(zhàng)系數基本(ben)一緻；薄膜(mo)的厚度應(yīng)該在🌈保證(zhèng)穩定的連(lian)續薄膜的(de)平🚩均厚度(dù)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(ying)變電阻阻(zǔ)值應在很(hen)寬的🥵溫度(dù)範圍内穩(wen)定，對于傳(chuan)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(ran)、具有一定(ding)彈性和符(fu)合化學計(jì)量比的高(gao)質🌈量薄膜(mo)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(li)子到達襯(chen)底基片之(zhī)前的空間(jian)環境，基片(piàn)的㊙️表面狀(zhuang)況🛀🏻、基片溫(wen)度、粒子的(de)吸附、晶核(he)生長過程(chéng)、成膜速率(lü)等等。根據(jù)薄膜澱積(jī)理論模型(xíng)可知，關鍵(jiàn)是生長層(céng)或初期幾(jǐ)層的薄膜(mó)質量。如果(guǒ)粒子尺寸(cun)大，所帶的(de)能量小，沉(chén)澱速率快(kuai)，所澱💜積的(de)薄膜如果(guo)再🌈附加惡(è)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(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(wēn)度特性。

美國 NASA《薄膜壓(ya)力傳感器(qi)研究報告(gào)》中指出，在(zai)高頻濺射(shè)中，被濺射(shè)材料以分(fèn)子尺寸大(da)小的粒子(zǐ)帶有一定(dìng)能量連續(xu)不斷的穿(chuān)過等離♉子(zi)體後在基(jī)片上澱積(jī)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(shè)粒子穿過(guo)等離子體(ti)區😄域時，吸(xī)附等離子(zi)體🎯中的氣(qì)體，澱積的(de)薄膜受到(dao)等離子體(ti)内雜質污(wū)染和高溫(wen)不穩定的(de)熱動态影(ying)響，使薄膜(mo)産生更多(duo)的缺陷，降(jiàng)低了絕緣(yuán)👉膜的強度(du)，成品率低(dī)。這些成爲(wei)高頻濺射(she)設備的技(ji)術用于批(pi)量生産濺(jian)射薄膜壓(ya)力❄️傳感器(qì)的主要限(xian)制。

日(ri)本真空薄(báo)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(can)餘氣體原(yuán)子足以形(xíng)成分子層(ceng)附🐇着🏃‍♀️在工(gōng)件表面上(shàng)而污染工(gōng)件，使薄膜(mo)質量受到(dào)影響。可見(jiàn)，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(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(huà)，甚至碳化(hua)。高頻濺射(shè)靶，既是産(chǎn)生等離子(zi)體的工作(zuò)參數的一(yī)部分，又是(shì)産生濺射(she)👌粒子的☎️工(gōng)藝參數的(de)一部分，因(yin)此設備的(de)工作參🏃‍♀️數(shu)和工藝✉️參(cān)數互相制(zhi)約，不能單(dan)獨各自調(diao)整，工藝掌(zhǎng)握困難，制(zhì)作和操作(zuo)過程複🔆雜(za)。

對于(yú)離子束濺(jian)射技術和(he)設備而言(yán)，離子束是(shi)從離子💃🏻源(yuan)等離子體(ti)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(nei)，離☂️子束轟(hōng)擊靶，靶🌐材(cái)原子濺射(she)逸出，并在(zai)襯底基片(pian)上澱積成(cheng)膜，這一過(guò)程沒有等(deng)離子體惡(e)劣環🈚境影(yǐng)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(li)子束濺射(she)普遍認爲(wei)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(bao)膜時顆粒(lì)更小，顆粒(li)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(gao)薄膜附着(zhe)力和增強(qiáng)薄膜的彈(dàn)性。

離(li)子束濺射(she)設備還有(yǒu)兩個功能(neng)是高頻濺(jian)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(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(yǒu)利🔆于薄膜(mo)層間的原(yuán)子結合；另(lìng)外，利用這(zhe)個離子束(shù)對正在🤟澱(diàn)積的薄膜(mo)進行轟擊(jī)，使薄膜内(nei)的原子遷(qiān)移率增加(jia)，晶核🧡規則(ze)化；當用氧(yǎng)離子或氮(dàn)離子轟擊(jī)正在生長(zhǎng)的薄膜時(shí)，它比用氣(qì)體分子更(gèng)能有效地(di)形成化學(xué)計量比的(de)氧化物、氮(dan)化物。第二(er)，形成等離(lí)子體的工(gōng)作參數和(he)薄㊙️膜加工(gong)的工藝🔅參(can)數⚽可以彼(bi)此獨立調(diào)整，不僅可(kě)以獲得設(she)備工作狀(zhuàng)态的調整(zheng)和工藝的(de)質量控制(zhì)，而且設備(bei)操作簡單(dān)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(ya)力傳感器(qi)的主導技(jì)術和設備(bei)。這種離子(zǐ)束共濺射(she)薄⭐膜設備(bei)除可用于(yú)制造高性(xing)能薄膜壓(ya)力傳感器(qi)的各種薄(báo)膜外，還可(kě)用于制備(bei)集成電路(lu)中的高溫(wēn)合金導體(tǐ)薄膜、貴重(zhòng)金🧑🏾‍🤝‍🧑🏼屬薄膜(mó)；用于制備(bei)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(báo)膜，特别是(shì)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(deng)；用于制備(bèi)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(zi)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(mo)；用于制備(bèi)薄膜集成(cheng)電💔路和♋ MEMS系統中(zhōng)的各種薄(báo)膜以及材(cai)料改性中(zhong)的各種薄(bao)膜；用于制(zhì)備其它高(gao)質量的納(na)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)。