金屬表面介質薄膜的隔離技術的製作方法
2023-06-01 09:00:56
專利名稱：金屬表面介質薄膜的隔離技術的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種隔離技術，是在金屬材料表面形成一層耐高溫和高壓的介質隔離層的製作方法。
普通薄膜溫度傳感器和力學量傳感器等都是在介質基體上生長一層敏感薄膜層。隨著科學技術的發展希望利用金屬代替介質基體，這就需要在金屬表面製作一層與金屬具有良好結合性能，耐高溫和高壓的介質膜作介質隔離層。目前在金屬表面形成介質薄膜是用蒸鍍、濺射、等離子輝光放電、低壓CVD等方法，而這些方法都是靠外力的作用在金屬表面澱積生長一層介質薄膜，絕緣強度差，容易被擊穿。又由於該介質與金屬的膨脹係數不匹配，致使介質膜與金屬結合性能和耐熱性能差，在高溫下介質薄膜容易脫落。
為了解決現有技術中存在的問題，用本發明可獲得在金屬表面形成一層與金屬具有良好結合性能，耐高溫和高壓的介質膜作介質隔離層。構成本發明的技術方案是首先在金屬表面利用電化學方法形成一層該金屬的氧化物，然後用常規方法在該金屬氧化物上再製作一層介質膜，形成完整的複合介質薄膜。
本發明可以通過以下措施來達到可利用閥金屬如鉭、鈮、鈦、鎳及其合金(可閥合金)，在其表面先用電化學氧化方法生成一層該金屬的氧化物薄膜，然後再在這層金屬氧化物表面通過蒸鍍、濺射、等離子輝光放電、低壓CVD等方法生長0.5μm～1.5μm厚的介質薄膜層。整個工藝過程構成了本發明金屬表面複合介質薄膜的隔離技術。
由於利用電化學氧化的方法，在金屬表面生長的氧化物與界面的金屬形成一體化結構的混合物，確保了金屬與氧化物薄膜的牢固結合性和耐高溫性。該混合物是n型半導體，氧化物表面是一層富氧氧化層，即p型半導體，中間是純阻層i，形成pin結，提高了絕緣強度。
這種電化學氧化的方法，通常應用於電解電容器的製作技術和金屬表面的抗腐蝕處理技術，如在鋁表面氧化成的三氧化二鋁，在鉭表面氧化成的五氧化二鉭，在鈮表面氧化成的五氧化二鈮，在鈦表面氧化成的氧化鈦等。然後再在金屬氧化物表面濺射一層三氧化二鋁陶瓷介質膜或氮化矽介質膜等。整個工藝過程即構成了本發明金屬表面複合介質薄膜的隔離技術。
下面將結合附圖對本發明作進一步詳述
圖1是本發明製作的介質隔離層的結構圖。
圖2是本發明在金屬表面用電化學氧化方法形成的氧化物薄膜的結構圖。
圖3是用本發明製作的軟襯底鉑膜溫度敏感元件的膜片結構圖。
圖4是用本發明製作的金屬襯底薄膜壓力傳感器的膜片結構原理圖。
圖1是本發明在金屬表面製作的複合介質薄膜，由先利用電化學方法在可閥金屬如鉭為基體[3]上形成的五氧化二鉭薄膜[1]和在五氧化二鉭表面通過濺射等方法生成的三氧化二鋁介質膜[2]組成。
圖2表明了在閥金屬及其合金表面上通過電化學氧化形成的氧化物薄膜的pin結結構。在金屬氧化物與金屬界面是一層金屬和氧化物的混合物，即n型半導體[4]，氧化物表面是一層富氧氧化層，即p型半導體[6]，在[4]和[6]兩層之間是一層純氧化物[5]，稱純阻層i。
本發明可用於製造各種以金屬材料為襯底的薄膜溫度傳感器，薄膜力學量傳感器，氣體傳感器和其它傳感器，同時也是製作耐高溫的金屬材料表面介質的隔離方法。
製造軟襯底鉑膜溫度傳感器的技術中，關鍵是介質薄膜隔離技術。本發明在製作軟襯底鉑膜溫度敏感元件圖3的介質薄膜的工藝過程如下1.鉭Ta基體[11]是將0.03～0.05mm的鉭箔浸入磷酸乙二醇溶液中進行電化學氧化，鉭箔接直流電源的正電極，金箔接負電極，以0.5mA/cm2的電流密度通電氧化，使電壓升到200v以後，恆壓30分鐘，待電流降到0.05mA/cm2，即形成了鉭的氧化膜[7]五氧化二鉭。
2.用99瓷做濺射靶材，利用高頻濺射儀對氧化膜表面濺射0.5μm～1.5μm厚的三氧化二鋁陶瓷膜[8]。即形成了鉭表面上的複合介質薄膜。
然後以99.9%的pt熱敏材料用常規方法，在三氧化二鋁陶瓷膜表面濺射一層7000 的pt膜[9]。[10]是引線。
由於利用本發明金屬表面介質薄膜的隔離技術，解決了介質薄膜可耐450℃高溫和耐高壓的問題，才製成了軟襯底鉑膜溫度傳感器。其性能如下1.電阻值 500Ω～1.5kΩ2.溫度係數 2500～3000ppm/℃3.測溫範圍 -40℃～+150℃
4.穩定性 0.1%/7000h5.重複性 0.1%該薄膜溫度傳感器同時還具有良好的柔性，易在複雜的幾何圖形上粘貼，用於精確測溫。
本發明介質薄膜隔離技術也可用在製作力學量傳感器中的介質薄膜。
圖4是利用本發明製造的金屬襯底薄膜壓力傳感器膜片的結構圖，金屬襯底材料作彈性膜片[16]，金屬氧化物[12]、介質膜[13]，薄膜力敏材料[14]，基座[15]。
權利要求
1.製作介質薄膜的一種方法，是利用蒸鍍、濺射、等離子輝光放電、低壓CVD等方法在金屬表面生長一層介質薄膜，其特徵在於在生長該介質薄膜之前，先將金屬表面用電化學氧化方法生成一層該金屬的氧化物。
2.權利要求1所述的方法，其中金屬是閥金屬及其合金(可閥合金)。
3.權利要求1或2所述的方法，其特徵在於進行電化學氧化時，當電壓升到200v以後，需恆壓30分鐘。
4.權利要求3所述的方法，其特徵是再在金屬氧化物表面使之生長一層0.5μm～1.5μm厚的介質薄膜層。
全文摘要
本發明是在金屬材料上先採用電化學氧化方法，形成該金屬的氧化物薄膜，再在氧化膜上通過濺射、蒸鍍、等離子輝光放電、低壓CVD等方法生長一層介質膜，形成了複合介質薄膜隔離層。利用這種技術製造的複合介質隔離層，具有耐450℃高溫，與金屬基體結合性好，高絕緣強度等優點。適用於製造各種以金屬為基體材料的薄膜溫度傳感器、薄膜力學量傳感器、氣體傳感器和其它具有上述要求的傳感器或金屬零部件。
文檔編號H01L35/34GK1060117SQ9010806
公開日1992年4月8日 申請日期1990年9月27日 優先權日1990年9月27日
發明者張孝祿, 劉培英, 姜國光 申請人:機械電子工業部第四十九研究所