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(wěn)定、耐高溫、與電極資料結合力好的優(yōu)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(yōu)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(guī)則的清潔度；2）蒸發(fā)：Cr/Au將金屬Cr/Au經(jīng)過熱蒸發(fā)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(jīng)過高溫固化而成，經(jīng)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(yōu)化。為了防止電介質膜出現(xiàn)氣孔或開裂、條紋，需要在真空環(huán)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(jīng)過干法刻蝕工藝參數(shù)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(fā)制造濕敏單元的上電極，操控工藝參數(shù)使金屬膜層為微納多孔連續(xù)狀態(tài)，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