锇膜电阻型原子氧密度传感器芯片的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锇膜电阻型原子氧密度传感器芯片的制备方法，包括以下步骤：(1)将基片、基片固定板、锇膜线掩膜板和电极掩膜板分别依次在丙酮、酒精和去离子水中超声振荡清洗；(2)将经清洗后的基片固定在清洗后的基片固定板上，将经清洗后的锇膜线掩膜板盖在基片上，通过磁控溅射在基片上沉积锇膜线；(3)取出锇膜线掩膜板并将经清洗后的电极掩膜板盖在沉积有锇膜线的基片上，通过磁控溅射在锇膜线的两端沉积铜膜或金膜；(4)对沉积有锇膜线并且沉积有铜膜或金膜的基片在真空条件下进行低温热处理，然后随炉冷却，即得芯片。该制备方法工艺简单，通过该方法制备得到的芯片中锇膜表面平整无微裂纹且厚度较大。

Method for preparing osmium film resistance type atomic oxygen density sensor chip

The invention discloses a method for preparing an osmium film resistor type atomic oxygen density sensor chip, which comprises the following steps: (1) of the substrate, the substrate fixing plate, osmium membrane mask and line electrode mask respectively in acetone, ethanol and deionized water ultrasonic cleaning; (2) the fixed on the fixed plate substrate after cleaning the substrate after cleaning, the line of osmium membrane after cleaning the mask cover on the substrate, deposition of osmium film line on the substrate by magnetron sputtering; (3) substrate remove the osmium membrane mask plate and the wire electrode after cleaning the mask plate covered with osmium membrane line in the deposition, deposition of copper films by magnetron sputtering at both ends in line or gold osmium membrane membrane; (4) a line on the deposition of osmium membrane and substrate deposited copper film or gold film of low temperature heat treatment under vacuum, and then cooling in the furnace. The chip. The preparation method and the process are simple, and the surface of the osmium film in the chip prepared by the method is smooth and has no microcracks, and the thickness is large.

【技术实现步骤摘要】
锇膜电阻型原子氧密度传感器芯片的制备方法
本专利技术涉及原子氧密度传感器
，尤其涉及一种锇膜电阻型原子氧密度传感器芯片的制备方法。
技术介绍
在近地轨道空间环境原子氧探测技术中，锇膜电阻型原子氧通量密度传感器是综合性能最佳的探测方案。该传感器相较其他测试方法(如石英晶体微天平等)和其他测试介质(如银和石墨)优势明显，具有反应速率较慢，反应速率呈线性、测量误差小等优点，适合长期暴露在空间环境中进行探测。目前，锇膜电阻型原子氧通量密度传感器中所用的锇膜通常是采用电镀或等离子体蒸镀等方法制备。然而，采用电镀、等离子体蒸镀等方法制备出的锇膜或容易开裂或厚度太小且表面不更平整，影响锇膜电阻型原子氧密度传感器的性能，并且工艺复杂、操作繁琐，难以满足原子氧探测的使用要求。因此，目前亟需一种表面光滑平整、无微裂纹且厚度较大的锇膜线制备工艺，从而满足我国航天空间原子氧环境探测的需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种锇膜电阻型原子氧密度传感器芯片的制备方法，通过该制备方法制备得到的传感器芯片中锇膜表面平整、无微裂纹且厚度较大。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种锇膜电阻型原子氧密度传感器芯片的制备方法，包括以下步骤：(1)将基片、基片固定板、锇膜线掩膜板和电极掩膜板分别依次在丙酮、酒精和去离子水中超声振荡清洗；(2)将经清洗后的基片固定在清洗后的基片固定板上，将经清洗后的锇膜线掩膜板盖在基片上，通过磁控溅射的方法在基片上沉积一层锇膜线，所述磁控溅射的单位面积功率控制在3.54W/cm2-14.15W/cm2，溅射时间控制在2-6h；(3)取出锇膜线掩膜板并将经清洗后的电极掩膜板盖在沉积有锇膜线的基片上，通过磁控溅射的方法在锇膜线的两端沉积铜膜或金膜，所述磁控溅射的单位面积功率控制在3.54W/cm2-14.15W/cm2，溅射时间控制在2-6h；(4)对沉积有锇膜线并且沉积有铜膜或金膜的基片在真空条件下进行低温热处理，所述低温热处理的处理温度控制在200-500℃，保温时间控制在5-15h，然后随炉冷却，即得锇膜电阻型原子氧密度传感器芯片。传统的电镀锇膜技术中，电镀液成分复杂，金属锇与一般玻璃、陶瓷、金属的结合性能并不理想，对于制备一定厚度的金属锇膜，控制不当容易引发多种问题，如氢脆，不但会加快腐蚀，而且会导致镀层与基体间的结合力降低，从而限制了采用电镀方法制备锇膜线的厚度，大大降低锇膜的服役性能。现有采用电镀方法得到的锇膜线的实际厚度通常在3μm以下。此外，电镀技术操作繁琐，在电镀过程中易形成大量废水废气，处理不当会污染环境。本专利技术通过在氮化铝陶瓷或氧化铝陶瓷基片上依次溅射锇膜和电极膜(铜膜或金膜)，进行低温热处理，采用上述的磁控溅射功率、热处理温度和保温时间，得到厚度在5μm-200μm的表面光滑平整无微裂纹的锇膜线，操作简单易于控制，成本低且重复性好，可批量生产。该锇膜线制备时以绝缘的氮化铝陶瓷或氧化铝陶瓷片为衬底，在上面利用掩膜板，用磁控溅射的方法直接制备出锇膜线，然后用同样的方法在锇膜线两端制备出一层铜膜或金膜用于接出信号，锇膜线宽度在0.5mm以下，厚度在5μm-200μm之间，铜膜或金膜的厚度在2μm-50μm之间。采用掩膜板的方法较现有的光刻的方法制备锇膜线优势明显，不仅完全可以达到所需精度要求，而且大大降低了操作的复杂性。同时，该锇膜线表面光滑平整无微裂纹，有效地提高了空间环境原子氧探测的精度，延长了在轨空间原子氧探测器的使用寿命。此外，本专利技术通过对沉积了锇膜和电极膜的基片进行热处理，有效改善了锇膜的质量，消除了锇原子晶体内部的缺陷，提高了锇膜表面的平整度，进而提高了锇膜的抗原子氧氧化的能力，使得锇膜线的电阻与原子氧浓度之间的线性关系加强，提高了测量精度。作为对上述技术方案的进一步改进：优选的，所述步骤(2)中，所述磁控溅射的单位面积功率控制在5.31W/cm2-5.66W/cm2，溅射时间控制在3-5h；所述步骤(3)中，所述磁控溅射的单位面积功率控制在4.24W/cm2-4.60W/cm2，溅射时间控制在3-5h；所述步骤(4)中，所述低温热处理的处理温度控制在250-350℃，保温时间控制在9-11h。在此更加优选的工艺条件下可获得更厚且无裂纹的锇膜线。优选的，所述步骤(2)中，所述将经清洗后的锇膜线掩膜板盖在经清洗后的基片上具体是指：将经清洗后的锇膜线掩膜板用双面胶粘合在经清洗后的基片上；所述步骤(3)中，所述将经清洗后的电极掩膜板盖在沉积有锇膜线的基片上具体是指：将经清洗后的电极掩膜板盖用双面胶粘合在沉积有锇膜线的基片上。优选的，所述基片为氧化铝陶瓷片或氮化铝陶瓷片，基片的长度、宽度和厚度分别为30mm、20mm和1.5mm，基片的表面粗糙度<0.5μm。优选的，所述步骤(2)中，所述锇膜线的厚度5μm-200μm。通过本专利技术的方法得到的锇膜线的厚度可达5μm-200μm，相比于现有采用电镀法得到的锇膜线的实际厚度(1μm-3μm)，本专利技术的效果更好。优选的，所述步骤(3)中，所述铜膜或金膜的厚度2μm-50μm。优选的，所述锇膜线掩膜板为不锈钢板，锇膜线掩膜板的厚度为0.3mm，锇膜线槽的宽度为0.3mm，遮挡条宽度为0.7mm，锇膜线槽单根长度≥10mm，锇膜线槽根数≥24根。优选的，所述电极掩膜板为不锈钢板，电极掩膜板的厚度为0.3mm，电极掩膜板上电极孔的长度为6mm，宽度为5mm，所述电极孔的数量为多个，多个电极孔分布在电极掩膜板的两侧，电极孔与锇膜线掩膜板上锇膜线槽两端的位置相对应。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)与目前采用电镀技术实际制备效果最好的1μm-3μm厚度锇膜线相比，本专利技术通过在氮化铝陶瓷或氧化铝陶瓷基片上依次溅射锇膜和电极膜(铜膜或金膜)，进行热处理，采用特定的工艺参数，得到厚度在5μm-200μm之间，表面光滑平整无微裂纹的锇膜线。锇膜线的宽度在0.5mm以下，铜膜或金膜的厚度在2μm-50μm之间。而且该方法操作简单易于控制，成本低且重复性好，可批量生产。(2)本专利技术对沉积有锇膜线并且沉积有铜膜或金膜的基片进行热处理，热处理对于改善锇膜的质量有很大贡献，其不仅可以将晶体内部一些缺陷如位错、孔洞等消除，还可以提高锇膜表面的平整度，改善溅射态表面的不利影响，从而大大提高锇膜的抗原子氧氧化的能力，使得锇膜线的电阻与原子氧浓度之间的线性关系加强，提高测量精度。(3)采用本专利技术掩膜板的方法较现有的光刻的方法制备锇膜线优势明显，不仅完全可以达到所需精度要求，而且大大降低操作的复杂性。采用本专利技术的方法制备的锇膜电阻型原子氧密度传感器芯片的锇膜电阻传感器体积小，工作寿命长，方便在轨航天器各个方向上对原子氧实施监测。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1所得传感器芯片样品截面的扫描电镜图(SEM)。图2为本专利技术所得传感器芯片热处理前后锇膜的表面形貌扫面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锇膜电阻型原子氧密度传感器芯片的制备方法，包括以下步骤：(1)将基片、基片固定板、锇膜线掩膜板和电极掩膜板分别依次在丙酮、酒精和去离子水中超声振荡清洗；(2)将经清洗后的基片固定在清洗后的基片固定板上，将经清洗后的锇膜线掩膜板盖在基片上，通过磁控溅射的方法在基片上沉积一层锇膜线，所述磁控溅射的单位面积功率控制在3.54W/cm

【技术特征摘要】
1.一种锇膜电阻型原子氧密度传感器芯片的制备方法，包括以下步骤：(1)将基片、基片固定板、锇膜线掩膜板和电极掩膜板分别依次在丙酮、酒精和去离子水中超声振荡清洗；(2)将经清洗后的基片固定在清洗后的基片固定板上，将经清洗后的锇膜线掩膜板盖在基片上，通过磁控溅射的方法在基片上沉积一层锇膜线，所述磁控溅射的单位面积功率控制在3.54W/cm2-14.15W/cm2，溅射时间控制在2-6h；(3)取出锇膜线掩膜板并将经清洗后的电极掩膜板盖在沉积有锇膜线的基片上，通过磁控溅射的方法在锇膜线的两端沉积铜膜或金膜，所述磁控溅射的单位面积功率控制在3.54W/cm2-14.15W/cm2，溅射时间控制在2-6h；(4)对沉积有锇膜线并且沉积有铜膜或金膜的基片在真空条件下进行低温热处理，所述低温热处理的处理温度控制在200-500℃，保温时间控制在5-15h，然后随炉冷却，即得锇膜电阻型原子氧密度传感器芯片。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述磁控溅射的单位面积功率控制在5.31W/cm2-5.66W/cm2，溅射时间控制在3-5h；所述步骤(3)中，所述磁控溅射的单位面积功率控制在4.24W/cm2-4.60W/cm2，溅射时间控制在3-5h；所述步骤(4)中，所述低温热处理的处理温度控制在250-350℃，保温时间控...

【专利技术属性】
技术研发人员：周科朝，魏秋平，郭曜华，易忠，刘向鹏，马莉，余志明，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43