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日本臺階儀 ​傳感器的制備

日本臺階儀 傳感器的制備

本文基于柔性微機電體系(micro electro mechanical system, MEMS)技能,在聚酰亞胺(polymide, PI)柔性襯底上制造濕度傳感器,PI是常見的柔性傳感器基底資料,具有化學性質穩定、耐高溫、與電極資料結合力好的優點。用其制造的薄膜拉伸強度都在115 MPa以上,斷裂伸長率超過40 %,具有優良的抗曲折特性。本項目感濕膜固化溫度較高,達到300 ℃,一般的柔性高分子資料無法長時刻耐受此高溫,因此選用聚酰亞胺為基底資料,厚度25 μm。

加工辦法為將基底溶液聚酰胺酸懸涂在制備有犧牲層的載體硅片上,選用MEMS工藝制造濕度靈敏單元,本文制造的濕度傳感器選用“三明治”結構,包括上電極、感濕層和下電極,上下電極均選用蒸鍍工藝,蒸鍍金作為電極;感濕膜為聚酰亞胺資料,選用旋涂的辦法制備感濕層。具體的工藝流程圖如圖1所示。

各工藝步驟具體操作為:1)基片清洗:選用柔性聚酰亞胺薄膜為基底,選用丙酮清除硅片表面的塵垢及雜質,使其達到規則的清潔度;2)蒸發:Cr/Au將金屬Cr/Au經過熱蒸發沉積在基片上,厚度約為400/4000×0.1 nm,形成均勻的金屬;3)下電極制造:薄膜涂膠后,選用光刻機進行紫外曝光;將曝光后的硅片置于顯影液中顯影;顯影結束后,使用濕法刻蝕工藝去除暴露出的Au、Cr薄膜,完結濕敏電容下極板的制造,Cr厚度為(400~500)×0.1 nm,Au厚度為(3000~5000)×0.1 nm。其間Cr為過渡層,Au作為濕敏電容的下極板,其顯微鏡圖如圖2所示;4)濕敏薄膜制造:將合成的聚酰亞胺前軀體聚酰胺酸旋涂在基底上,放入烘箱中,80 ℃保溫1 h,以5 ℃/min的升溫速度升至140 ℃,保溫1 h;再以5 ℃/min的升溫速度升至180 ℃保溫1 h,最后升至300 ℃保溫1 h,完結聚酰亞胺濕敏資料的固化,濕敏膜厚度2 μm;5)濕敏膜固化:濕度靈敏薄膜是由高分子資料經過高溫固化而成,經過熱失重剖析對濕度靈敏薄膜的制備技能進行研究,剖析在熱演化進程中的分子結構變化,確認膜厚、亞胺化程度、亞胺化后分子結構、階梯式升溫熱亞胺化的溫度的確認,進而對感濕膜固化進程進行操控,使固化條件得到優化。為了防止電介質膜出現氣孔或開裂、條紋,需要在真空環境中對濕度靈敏薄膜進行固化,真空度1×10-2 Pa;6)濕敏薄膜圖形化:在聚酰亞胺薄膜上蒸鍍鋁金屬薄膜作為掩模,光刻后,腐蝕暴露的鋁,再經過干法刻蝕工藝參數的操控刻蝕暴露的聚酰亞胺濕敏薄膜,完結圖形化后去除鋁掩模;7)多孔上電極制造:選用電子束蒸發制造濕敏單元的上電極,操控工藝參數使金屬膜層為微納多孔連續狀態,以確保濕敏單元的靈敏度及呼應時刻,上電極厚度(500×0.1) nm。本文由日本臺階儀整理


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