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日本台阶仪 ​传感器的制备

日本台阶仪 传感器的制备

本文基于柔性微机电体系(micro electro mechanical system, MEMS)技能,在聚酰亚胺(polymide, PI)柔性衬底上制造湿度传感器,PI是常见的柔性传感器基底资料,具有化学性质稳定、耐高温、与电极资料结合力好的优点。用其制造的薄膜拉伸强度都在115 MPa以上,断裂伸长率超过40 %,具有优良的抗曲折特性。本项目感湿膜固化温度较高,达到300 ℃,一般的柔性高分子资料无法长时刻耐受此高温,因此选用聚酰亚胺为基底资料,厚度25 μm。

加工办法为将基底溶液聚酰胺酸悬涂在制备有牺牲层的载体硅片上,选用MEMS工艺制造湿度灵敏单元,本文制造的湿度传感器选用“三明治”结构,包括上电极、感湿层和下电极,上下电极均选用蒸镀工艺,蒸镀金作为电极;感湿膜为聚酰亚胺资料,选用旋涂的办法制备感湿层。具体的工艺流程图如图1所示。

各工艺步骤具体操作为:1)基片清洗:选用柔性聚酰亚胺薄膜为基底,选用丙酮清除硅片表面的尘垢及杂质,使其达到规则的清洁度;2)蒸发:Cr/Au将金属Cr/Au经过热蒸发沉积在基片上,厚度约为400/4000×0.1 nm,形成均匀的金属;3)下电极制造:薄膜涂胶后,选用光刻机进行紫外曝光;将曝光后的硅片置于显影液中显影;显影结束后,使用湿法刻蚀工艺去除暴露出的Au、Cr薄膜,完结湿敏电容下极板的制造,Cr厚度为(400~500)×0.1 nm,Au厚度为(3000~5000)×0.1 nm。其间Cr为过渡层,Au作为湿敏电容的下极板,其显微镜图如图2所示;4)湿敏薄膜制造:将合成的聚酰亚胺前躯体聚酰胺酸旋涂在基底上,放入烘箱中,80 ℃保温1 h,以5 ℃/min的升温速度升至140 ℃,保温1 h;再以5 ℃/min的升温速度升至180 ℃保温1 h,最后升至300 ℃保温1 h,完结聚酰亚胺湿敏资料的固化,湿敏膜厚度2 μm;5)湿敏膜固化:湿度灵敏薄膜是由高分子资料经过高温固化而成,经过热失重剖析对湿度灵敏薄膜的制备技能进行研究,剖析在热演化进程中的分子结构变化,确认膜厚、亚胺化程度、亚胺化后分子结构、阶梯式升温热亚胺化的温度的确认,进而对感湿膜固化进程进行操控,使固化条件得到优化。为了防止电介质膜出现气孔或开裂、条纹,需要在真空环境中对湿度灵敏薄膜进行固化,真空度1×10-2 Pa;6)湿敏薄膜图形化:在聚酰亚胺薄膜上蒸镀铝金属薄膜作为掩模,光刻后,腐蚀暴露的铝,再经过干法刻蚀工艺参数的操控刻蚀暴露的聚酰亚胺湿敏薄膜,完结图形化后去除铝掩模;7)多孔上电极制造:选用电子束蒸发制造湿敏单元的上电极,操控工艺参数使金属膜层为微纳多孔连续状态,以确保湿敏单元的灵敏度及呼应时刻,上电极厚度(500×0.1) nm。本文由日本台阶仪整理


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