【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体材料，具体涉及一种基于激光烧结纳米微粒制造熔融模态半导体线路的方法。
技术介绍
1、随着航空航天、核能等领域的快速发展，极高温工作环境愈发常见，考虑到高温、富氧的工作环境，半导体材料相较于金属在稳定性及成本等方面展现出了显著的优势，因此针对极高温下的半导体材料在近几年也引起了学者们的广泛兴趣。近二十年随着增材制造技术的发展，借助磁控溅射、喷墨打印等增材工艺，研究人员成功制造出了基于半导体材料的薄膜传感器，如ito-in2o3薄膜热电偶，相较于传统的金属热电偶(如ptrh-rt)，该种薄膜热电偶制造成本低且具有更高的塞贝克系数(受益于更显著的珀尔帖电势)，为高温环境下的测温提供了更准确、更具经济的方案。
2、但是，值得注意的是，半导体材料在高温下的晶粒粗化、晶界与晶型转变均会引起其载流子迁移率、载流子浓度甚至散射机制的变化，这将显著影响半导体材料的光学、电学及热电性能。为保证半导体传感器在高温工作环境下的长时、可靠输出，不同烧结工况(尤其是烧结温度)下的半导体材料物性及其高温稳定性测试成为研究人员关注的重点。现阶段普遍认为烧结温度决定半导体材料物性，因此如果加工过程中的烧结温度高于其服役/工作温度，那么就能确保半导体传感器的高稳定性与高重复性输出。
3、现阶段主要依靠马弗炉对半导体材料进行高温烧结处理。但研究人员发现，在大气环境下，烧结温度接近1300℃时，ito、in2o3等半导体材料的气化将难以避免，无法制造极高烧结程度的半导体线路，因而炉内烧结的ito-in2o3热电偶在1300℃
4、因此，需要开发一种瞬时烧结技术，通过缩减烧结时间，减少半导体材料气化当量，实现极高温度(＞1300℃)下的晶粒烧结，进而拓展半导体传感器的服役温度范围。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于激光烧结纳米微粒制造熔融模态半导体线路的方法，以解决现有半导体线路制造方法存在的无法避免的半导体材料气化问题、无法制造极高烧结程度的半导体线路、基底材料尺寸限制、高能耗以及高时耗等问题。
2、本专利技术为解决技术问题所采用的技术方案如下：
3、本专利技术的一种基于激光烧结纳米微粒制造熔融模态半导体线路的方法，主要包括以下步骤：
4、步骤一、纳米微粒墨水制备；
5、步骤二、线路喷墨打印；
6、先将基板进行超声清洗，再用异丙醇、乙醇和超纯水依次处理后进行干燥；在波形下获得纳米微粒墨水的稳定液滴；控制基板温度为115℃-125℃，设置打印参数和打印图案开始打印，获得打印好沉积线路的基板；
7、步骤三、线路激光烧结；
8、将打印好沉积线路的基板进行预热处理，预热温度为20℃-400℃；调整连续波的激光器光斑直径为0.2mm-0.3mm；设置激光扫描路径为之字形模式；调整激光功率为18w-22w，扫描速度为800mm/s-1000mm/s，扫描线间距为0.004mm-0.005mm，开始对沉积线路进行单次激光烧结。
9、作为优选的实施方式，步骤一中，所述纳米微粒为ito或in2o3。
10、作为优选的实施方式，步骤一的具体操作流程如下：
11、将纳米微粒分散至有机溶剂中，配置成纳米微粒质量分数为8％-10％的墨水；将墨水在120w-200w的功率下超声分散2h-4h；用0.45μm的ptfe材质滤膜过滤墨水，获得纳米微粒墨水。
12、作为优选的实施方式，所述有机溶剂为乙二醇与异丙醇的混合溶液，所述乙二醇与异丙醇的质量比为0.8-1。
13、作为优选的实施方式，步骤二中，所述基板为al2o3陶瓷基板。
14、作为优选的实施方式，步骤二中，所述波形为正压60v-70v，负压70v-80v，基准电压0v-5v，正压上升时间5ms-8ms，正压持续时间30ms-40ms，正压下降时间10ms-20ms，负压持续时间40ms-50ms，负压上升时间5ms-8ms。
15、作为优选的实施方式，步骤二中，所述打印参数为：横向打印点间距0.03mm-0.04mm，纵向打印点间距0.04mm-0.05mm，打印速率15mm/s-20mm/s。
16、作为优选的实施方式，步骤二中，所述打印图案为矩形线路。
17、作为优选的实施方式，步骤三中，通过调节预热温度获得不同烧结程度的线路。
18、作为优选的实施方式，步骤三中，所述激光器为nd-yag激光器。
19、本专利技术的有益效果是：
20、本专利技术的一种基于激光烧结纳米微粒制造熔融模态半导体线路的方法，解决了现有半导体线路制造方法存在的无法避免的半导体材料气化问题、无法制造极高烧结程度的半导体线路、基底材料尺寸限制、高能耗以及高时耗等问题。
21、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
22、1、本专利技术基于激光瞬时烧结预热的ito、in2o3线路，通过调控激光能量密度或预热温度可实现ito、in2o3晶粒在大范围(从弱烧结到强烧结直至熔融)内的生长程度调控。
23、2、本专利技术通过激光烧结成功实现了ito、in2o3熔融线路制造(传统炉内烧结无法实现)，瞬时烧结温度可达2000℃，且受益于激光烧结的瞬时特征，ito和in2o3在1300℃下的气化被合理控制。
24、3、本专利技术制造的ito、in2o3熔融线路可在1300℃下稳定不少于1小时，且由熔融线路制造的热电偶ito-in2o3展现出优异的热电性能。
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1.基于激光烧结纳米微粒制造熔融模态半导体线路的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于激光烧结纳米微粒制造熔融模态半导体线路的方法，其特征在于，步骤一中，所述纳米微粒为ITO或In2O3。
3.根据权利要求1所述的基于激光烧结纳米微粒制造熔融模态半导体线路的方法，其特征在于，步骤一的具体操作流程如下：
4.根据权利要求3所述的基于激光烧结纳米微粒制造熔融模态半导体线路的方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙二醇与异丙醇的混合溶液，所述乙二醇与异丙醇的质量比为0.8-1。
5.根据权利要求1所述的基于激光烧结纳米微粒制造熔融模态半导体线路的方法，其特征在于，步骤二中，所述基板为Al2O3陶瓷基板。
6.根据权利要求1所述的基于激光烧结纳米微粒制造熔融模态半导体线路的方法，其特征在于，步骤二中，所述波形为正压60V-70V，负压70V-80V，基准电压0V-5V，正压上升时间5ms-8ms，正压持续时间30ms-40ms，正压下降时间10ms-20ms，负压持续时间40ms-50ms，负压上升时间5ms-
7.根据权利要求1所述的基于激光烧结纳米微粒制造熔融模态半导体线路的方法，其特征在于，步骤二中，所述打印参数为：横向打印点间距0.03mm-0.04mm，纵向打印点间距0.04mm-0.05mm，打印速率15mm/s-20mm/s。
8.根据权利要求1所述的基于激光烧结纳米微粒制造熔融模态半导体线路的方法，其特征在于，步骤二中，所述打印图案为矩形线路。
9.根据权利要求1所述的基于激光烧结纳米微粒制造熔融模态半导体线路的方法，其特征在于，步骤三中，通过调节预热温度获得不同烧结程度的线路。
10.根据权利要求1所述的基于激光烧结纳米微粒制造熔融模态半导体线路的方法，其特征在于，步骤三中，所述激光器为Nd-YAG激光器。
...【技术特征摘要】
1.基于激光烧结纳米微粒制造熔融模态半导体线路的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于激光烧结纳米微粒制造熔融模态半导体线路的方法，其特征在于，步骤一中，所述纳米微粒为ito或in2o3。
3.根据权利要求1所述的基于激光烧结纳米微粒制造熔融模态半导体线路的方法，其特征在于，步骤一的具体操作流程如下：
4.根据权利要求3所述的基于激光烧结纳米微粒制造熔融模态半导体线路的方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙二醇与异丙醇的混合溶液，所述乙二醇与异丙醇的质量比为0.8-1。
5.根据权利要求1所述的基于激光烧结纳米微粒制造熔融模态半导体线路的方法，其特征在于，步骤二中，所述基板为al2o3陶瓷基板。
6.根据权利要求1所述的基于激光烧结纳米微粒制造熔融模态半导体线路的方法，其特征在于，步骤二中，所述波形为正压60v-70v，负压70v-80v，基准电压...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱璐，陈翔宇，朱剑琴，陶智，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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