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