一种薄膜压力传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种薄膜压力传感器及其制备方法，所述薄膜压力传感器的压力敏感层包括叠层设置的第一敏感薄膜层和第二敏感薄膜层；其中，所述第一敏感薄膜层的材料为Ni

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜压力传感器及其制备方法


[0001]本专利技术属于压力传感器
，具体涉及一种薄膜压力传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]薄膜压力传感器具有体积小、耐湿、耐腐蚀等优点，可以克服一般丝式、箔式及贴片式压力传感器的缺点，能够适应于高温、振动等特殊恶劣环境。
[0003]目前薄膜压力传感器应用最多的应变薄膜材料为镍铬合金。镍铬合金具有电阻率高，稳定性好，成本低等优点，但在实际产业化应用中还存在以下的问题：(1)、电阻温度系数高，高电阻温度系数导致薄膜压力传感器发生较大的温度漂移，给温度补偿带来极大的困难，导致高温稳定性差。(2)、工艺稳定性差，镍铬薄膜在整个制备工艺过程中，表面成分中的铬极易发生氧化，导致镍铬薄膜的电阻率、电阻温度系数以及应变因子等关键电学参数发生改变，工艺一致性及稳定性差。基于以上的问题，现有的基于镍铬合金材料作为压力敏感层的薄膜压力传感器的性能有待于进一步改善。

技术实现思路

[0004]鉴于现有技术存在的不足，本专利技术提供一种薄膜压力传感器及其制备方法，以改善基于镍铬合金材料作为压力敏感层的薄膜压力传感器的性能。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0006]一种薄膜压力传感器，包括压力敏感层，所述压力敏感层包括叠层设置的第一敏感薄膜层和第二敏感薄膜层；其中，
[0007]所述第一敏感薄膜层的材料为Ni
x
Cr1‑
x
，0＜x≤0.5；
[0008]所述第二敏感薄膜层的材料为Ni
y
Cr1‑
y
，0.65≤y＜1。
[0009]具体地，所述压力敏感层的电阻率为100μΩ
·
cm～800μΩ
·
cm，所述压力敏感层的方块电阻为10Ω/
□
～100Ω/
□
，所述压力敏感层的电阻温度系数为
‑
100ppm/℃～100ppm/℃。
[0010]具体地，所述第一敏感薄膜层的厚度为1nm～1000nm，所述第二敏感薄膜层的厚度为1nm～1000nm。
[0011]具体地，所述薄膜压力传感器还包括衬底、绝缘层和电极层；其中，所述绝缘层形成在所述衬底上，所述压力敏感层中的第一敏感薄膜层形成在所述绝缘层上，所述第二敏感薄膜层形成在所述第一敏感薄膜层上，所述电极层包括从所述压力敏感层引出的至少两条电极。
[0012]具体地，所述衬底为弹性衬底，所述绝缘层的材料选自氧化铝、氮化硅和氧化硅中的至少一种，所述电极层的电极为金属电极。
[0013]本专利技术的另一方面是提供一种如上所述的薄膜压力传感器的制备方法，所述制备方法包括采用磁控溅射工艺制备形成压力敏感层的步骤，该步骤包括：
[0014]在Ar气氛下，采用射频磁控溅射工艺对Ni靶和Cr靶进行共溅射，在基底上沉积获
得第一敏感薄膜层；其中，通过控制Ni靶和Cr靶的溅射功率使得所述第一敏感薄膜层的材料组成为Ni
x
Cr1‑
x
，0＜x≤0.5；
[0015]在Ar气氛下，采用射频磁控溅射工艺对Ni靶和Cr靶进行共溅射，在所述第一敏感薄膜层上沉积获得第二敏感薄膜层；其中，通过控制Ni靶和Cr靶的溅射功率使得所述第二敏感薄膜层的材料组成为Ni
y
Cr1‑
y
，0.65≤y＜1；
[0016]对制备获得的所述第一敏感薄膜层和所述第二敏感薄膜层进行退火处理，制备获得所述压力敏感层。
[0017]具体地，在溅射沉积所述第一敏感薄膜层的工艺过程中，Ar气体的流量为40sccm～100sccm，Ni靶的溅射功率为50W～200W，Cr靶的溅射功率为60W～500W，并且将Cr靶的溅射功率设置为大于Ni靶的溅射功率，溅射沉积时间为15s～1500s，沉积压强为0.4Pa～3Pa。
[0018]具体地，在溅射沉积所述第二敏感薄膜层的工艺过程中，Ar气体的流量为60sccm～100sccm，Ni靶的溅射功率为40W～500W，Cr靶的溅射功率为10W～200W，并且将Ni靶的溅射功率设置为大于Cr靶的溅射功率，溅射沉积时间为10s～1500s，沉积压强为0.6Pa～3Pa。
[0019]具体地，所述退火处理的工艺包括：在N2气氛下，在5℃/min～30℃/min的升温速率条件下升温至200℃～500℃的温度，然后保温6h～24h进行退火处理。
[0020]本专利技术还提供了另一种如上所述的薄膜压力传感器的制备方法，所述制备方法包括采用磁控溅射工艺制备形成压力敏感层的步骤，该步骤包括：
[0021]在Ar气氛下，采用射频磁控溅射工艺对第一镍铬合金靶材进行溅射，在基底上沉积获得第一敏感薄膜层；其中，所述第一镍铬合金靶材的材料组成为Ni
x
Cr1‑
x
，0＜x≤0.5；
[0022]在Ar气氛下，采用射频磁控溅射工艺对第二镍铬合金靶材进行溅射，在所述第一敏感薄膜层上沉积获得第二敏感薄膜层；其中，所述第二镍铬合金靶材的材料组成为Ni
y
Cr1‑
y
，0.65≤y＜1；
[0023]对制备获得的所述第一敏感薄膜层和所述第二敏感薄膜层进行退火处理，制备获得所述压力敏感层。
[0024]本专利技术实施例提供的薄膜压力传感器及其制备方法，其中的压力敏感层包括叠层设置了两层敏感薄膜层：位于下方的第一层敏感薄膜是富铬的镍铬合金薄膜(Ni
x
Cr1‑
x
，0＜x≤0.5)，通过提升铬含量，退火时敏感薄膜内的晶体颗粒的生长尺寸能够得到有效抑制，从而能够有效降低镍铬薄膜敏感层的电阻温度系数；位于上方的第二层敏感薄膜是贫铬的镍铬合金薄膜(Ni
y
Cr1‑
y
，0.65≤y＜1)，通过降低铬含量，降低了因敏感薄膜表面暴露于空气中而使得铬被氧化的比例，由此降低了因铬被氧化而导致镍铬薄膜敏感层的关键电学参数发生改变的影响，提高薄膜敏感层的工艺一致性及性能参数的稳定性。基于以上的压力敏感层的结构，本专利技术可以改善基于镍铬合金材料作为压力敏感层的薄膜压力传感器的性能，特别是可以有效地降低传感器的电阻温度系数，并且其制备工艺的一致性及稳定性得到提升，非常有利于大规模的工业化生产。
附图说明
[0025]图1是本专利技术实施例中的薄膜压力传感器的结构示意图。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本专利技术的实施方式仅仅是示例性的，并且本专利技术并不限于这些实施方式。
[0027]在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄膜压力传感器，包括压力敏感层，其特征在于，所述压力敏感层包括叠层设置的第一敏感薄膜层和第二敏感薄膜层；其中，所述第一敏感薄膜层的材料为Ni
x
Cr1‑
x
，0＜x≤0.5；所述第二敏感薄膜层的材料为Ni
y
Cr1‑
y
，0.65≤y＜1。2.根据权利要求1所述的薄膜压力传感器，其特征在于，所述压力敏感层的电阻率为100μΩ
·
cm～800μΩ
·
cm，所述压力敏感层的方块电阻为10Ω/
□
～100Ω/
□
，所述压力敏感层的电阻温度系数为
‑
100ppm/℃～100ppm/℃。3.根据权利要求1所述的薄膜压力传感器，其特征在于，所述第一敏感薄膜层的厚度为1nm～1000nm，所述第二敏感薄膜层的厚度为1nm～1000nm。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的薄膜压力传感器，其特征在于，所述薄膜压力传感器还包括衬底、绝缘层和电极层；其中，所述绝缘层形成在所述衬底上，所述压力敏感层中的第一敏感薄膜层形成在所述绝缘层上，所述第二敏感薄膜层形成在所述第一敏感薄膜层上，所述电极层包括从所述压力敏感层引出的至少两条电极。5.根据权利要求4所述的薄膜压力传感器，其特征在于，所述衬底为弹性衬底，所述绝缘层的材料选自氧化铝、氮化硅和氧化硅中的至少一种，所述电极层的电极为金属电极。6.一种如权利要求1
‑
5任一所述的薄膜压力传感器的制备方法，其特征在于，包括采用磁控溅射工艺制备形成压力敏感层的步骤，该步骤包括：在Ar气氛下，采用射频磁控溅射工艺对Ni靶和Cr靶进行共溅射，在基底上沉积获得第一敏感薄膜层；其中，通过控制Ni靶和Cr靶的溅射功率使得所述第一敏感薄膜层的材料组成为Ni
x
Cr1‑
x
，0＜x≤0.5；在Ar气氛下，采用射频磁控溅射工艺对Ni靶和Cr靶进行共溅射，在所述第一敏感薄膜层上沉积获得第二敏感薄膜层；其...

【专利技术属性】
技术研发人员：万飞，白煜，王敏锐，张敏，葛政，高亚楠，李世定，
申请(专利权)人：西安交通大学苏州研究院，
类型：发明
国别省市：