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【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微机电芯片制造与检测领域,具体为一种检测非晶碳压阻系数的微纳米梁芯片及其制备方法。
技术介绍
1、近年来随着压阻微机电系统(micro-electro-mechanical system,mems)的快速发展,压阻式压力传感器在车辆、生物医学及消费电子产品等领域中的应用越来越广泛。压阻式压力传感器性能很大程度上取决于压敏材料,其中压阻系数(gauge factor,gf)是材料电阻率变化率与应变的比值反映了压敏材料的灵敏度。
2、非晶碳(a-c)薄膜中的碳原子之间主要通过sp2和sp3共价键形成不规则的空间网状结构,由于其具有良好的机械、光学和化学性能,例如高的杨氏模量、抗拉强度和断裂强度以及良好的压阻性能、耐腐蚀性、化学惰性和低摩擦系数等,因此可作为压阻传感器的敏感元件。
3、传统材料的压阻系数是对检测材料施加应力,通过检测目标材料在不同晶面下沿不同晶相的电阻变化率,从而确定材料在不同晶面的各向压阻系数。非晶碳为非晶态薄膜,其厚度为10~500nm,其外在表现为各向同性,因此可以忽略厚度方向上的正应变和切应变。
4、目前研究均基于纵向压阻系数,有关于非晶碳的横向压阻系数研究较少。为减小传感器的体积,增大传感器的灵敏度,非晶碳的横向、纵向压阻因子的研究对mems传感器的制备仍具有重要意义。然而,目前的研究困难在于,一方面由于工艺不成熟,非晶碳薄膜的材料均一性较差;另一方面由于非晶碳的弹性模量和残余应力与基底的不适配,导致非晶碳容易出现褶皱和破裂导致测试结果准确性差,可靠性低。
...【技术保护点】
1.一种检测非晶碳压阻系数的微纳米梁测试芯片,其特征在于,包括PCB板(7),所述PCB板(7)的最大应力集中处的表面设置有硅片基底(5)和第一金属电极(6);所述硅片基底(5)上依次设置有绝缘层(4)、非晶碳薄膜(2)和第二金属电极(1);所述第一金属电极(6)和第二金属电极(1)通过金丝(3)连接;
2.根据权利要求1所述的检测非晶碳压阻系数的微纳米梁测试芯片,其特征在于,所述横向非晶碳压敏电阻条(21)与纵向非晶碳压敏电阻条(22)垂直设置,且所述横向非晶碳压敏电阻条(21)至微纳米梁测试芯片中线(x)的距离与相同尺寸的纵向非晶碳压敏电阻条(22)至微纳米梁测试芯片中线(x)的距离相等。
3.根据权利要求1所述的检测非晶碳压阻系数的微纳米梁测试芯片,其特征在于,所述绝缘层(4)为氮化硅层和氧化硅层中的一种或两种;所述第一金属电极(6)和第二金属电极(1)的材料为Au、Cr、Ti、Cu和Ni中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的检测非晶碳压阻系数的微纳米梁测试芯片,其特征在于,所述微纳米梁测试芯片的长度为30~250mm,宽度为500~
5.根据权利要求1所述的检测非晶碳压阻系数的微纳米梁测试芯片的制备方法,其特征在于,所述绝缘层(4)的厚度为200~500nm,所述绝缘层(4)采用氮化硅层、氧化硅层或者氮化硅层和氧化硅层的复合结构;当绝缘层(4)采用氮化硅层和氧化硅层的复合结构时,氧化硅层设置于硅片基底(5)表面,氮化硅层设置于氧化硅层表面,其中氧化硅层厚度为100~300nm,氮化硅层厚度为100~300nm。
6.根据权利要求1所述的检测非晶碳压阻系数的微纳米梁测试芯片,其特征在于,所述横向非晶碳压敏电阻条(21)和纵向非晶碳压敏电阻条(22)长宽比均为1~50,且长为10~500um,宽为10~500um,厚度为100~500nm。
7.根据权利要求1所述的检测非晶碳压阻系数的微纳米梁测试芯片,其特征在于,微纳米梁测试芯片为悬臂梁测试芯片、双端简支梁测试芯片或双端固定支梁测试芯片;所述悬臂梁测试芯片远离非晶碳薄膜(2)的一端设置有受力位置标记(8);所述双端简支梁测试芯片和双端固定支梁测试芯片的中心设置有受力位置标记(8)。
8.如权利要求1-7任一项所述的检测非晶碳压阻系数的微纳米梁测试芯片的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
9.根据权利要求8所述的检测非晶碳压阻系数的微纳米梁测试芯片的制备方法,其特征在于,采用物理气相沉积法或化学气象沉积法在非晶碳薄膜(2)的图形位置处,沉积非晶碳薄膜(2)。
10.根据权利要求8所述的检测非晶碳压阻系数的微纳米梁测试芯片的制备方法,其特征在于,在非晶碳薄膜(2)的图形位置处,沉积非晶碳薄膜(2)时,靶材为99.99%的高纯石墨靶材。
...【技术特征摘要】
1.一种检测非晶碳压阻系数的微纳米梁测试芯片,其特征在于,包括pcb板(7),所述pcb板(7)的最大应力集中处的表面设置有硅片基底(5)和第一金属电极(6);所述硅片基底(5)上依次设置有绝缘层(4)、非晶碳薄膜(2)和第二金属电极(1);所述第一金属电极(6)和第二金属电极(1)通过金丝(3)连接;
2.根据权利要求1所述的检测非晶碳压阻系数的微纳米梁测试芯片,其特征在于,所述横向非晶碳压敏电阻条(21)与纵向非晶碳压敏电阻条(22)垂直设置,且所述横向非晶碳压敏电阻条(21)至微纳米梁测试芯片中线(x)的距离与相同尺寸的纵向非晶碳压敏电阻条(22)至微纳米梁测试芯片中线(x)的距离相等。
3.根据权利要求1所述的检测非晶碳压阻系数的微纳米梁测试芯片,其特征在于,所述绝缘层(4)为氮化硅层和氧化硅层中的一种或两种;所述第一金属电极(6)和第二金属电极(1)的材料为au、cr、ti、cu和ni中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的检测非晶碳压阻系数的微纳米梁测试芯片,其特征在于,所述微纳米梁测试芯片的长度为30~250mm,宽度为500~3000μm,厚度为100~500μm。
5.根据权利要求1所述的检测非晶碳压阻系数的微纳米梁测试芯片的制备方法,其特征在于,所述绝缘层(4)的厚度为200~500nm,所述绝缘层(4)采用氮化硅层、氧化硅层或者氮化硅层和氧化硅层的复...
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