用于金屬氧化物半導體式傳感器銀電極和電阻的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種用于金屬氧化物半導體式傳感器銀電極和電阻的制備方法，該方法使用磁控濺射技術，室溫下在清洗干凈的Al2O3陶瓷基底上（覆蓋上預先加工好的掩模板（圖1））沉積Ag電極和電阻，通過調(diào)整濺射時間和功率來改變Ag電極和電阻的厚度，最終可得到50～500nm厚的Ag電極和電阻。由于十字交叉電極和迂回電阻可增加其與氧化物薄膜感應材料的接觸面積；另外，磁控濺射法具有設備簡單、價格便宜、成膜均勻、可用于大面積制膜等優(yōu)點，該制備方法可在工業(yè)化生產(chǎn)中的得到廣泛應用。
【專利說明】用于金屬氧化物半導體式傳感器銀電極和電阻的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種銀電極和電阻的制備方法，具體是涉及用磁控濺射技術在Al2O3陶瓷基底上制備Ag電極和電阻，屬于微觀科學領域的Ag電極和電阻的制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著傳感器在工業(yè)及日常生活中的應用逐漸增加，傳感技術也將是未來最重要的關鍵技術之一。金屬氧化物半導體式傳感器是利用待測氣體與金屬氧化物表面接觸時，氣體分子在薄膜表面進行還原反應以引起傳感器電導率的變化來檢測氣體。為了消除氣體分子達到初始狀態(tài)就必須發(fā)生一次氧化反應，傳感器內(nèi)的加熱器可以加速氧化過程，這也是為什么有些低端傳感器總是不穩(wěn)定，其原因就是沒有加熱或加熱電壓過低導致溫度太低反應不充分。因此，都必須在傳感器敏感元件上涂覆或鍍上一層電極和電阻。
[0003]要求制造電極的材料有足夠的電導率、熱導率和高溫硬度，電極的結(jié)構(gòu)必須有足夠的強度和剛度，以及充分冷卻的條件。此外，電極與工件間的接觸電阻應足夠低，以防止工件表面熔化或電極與工件表面之間的合金化。加熱電阻材料需電阻溫度系數(shù)要盡可能大和穩(wěn)定，電阻值與溫度之間應具有良好的線性關系；電阻率高，熱容量小，反應速度快。目前，市場上所售的金屬氧化物半導體式傳感器多為兩條帶狀Pt電極和Pt (或RuO2)電阻。但Pt和RuO2的價格均較貴，為了降低生產(chǎn)成本，急需一種替代材料或新的加工工藝。
[0004]十字交叉電極的使用，增加了電極與金屬氧化物薄膜材料的接觸面積，提高了導電率，從而能夠獲 得更優(yōu)化的檢測數(shù)據(jù)；迂回電阻同樣也增加了和感應材料的面積，加速氣體分子的氧化過程，提高傳感器的響應時間。
[0005]電極和電阻是一種工業(yè)生產(chǎn)的消耗品，用量比較大，因而其價格成本也是一個考慮的重要因素，Ag相對其優(yōu)良的性能來說，價格比較便宜，能滿足生產(chǎn)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種在Al2O3陶瓷片上制備用于半導體氧化物式氣體傳感器檢測的Ag電極和電阻的方法。
[0007]—種用于金屬氧化物半導體式傳感器銀電極和電阻的制備方法，其特征在于，將清洗干凈的三氧化二鋁陶瓷片置于磁控濺射腔內(nèi)，表面覆蓋上預先用激光技術加工好的掩膜板，利用磁控濺射鍍膜技術在純氬氣氣氛下濺射銀原子，得到厚度為50~500nm的銀電極和電阻；具體步驟如下:
(1)三氧化二鋁陶瓷片的清洗:依次用丙酮、酒精以及去離子水超聲清洗；
(2)在三氧化二鋁陶瓷片表面覆蓋上同等尺寸的，已用激光加工好的剛性掩膜板；
(3)濺射銀電極和電阻:采用直流濺射銀靶，濺射氣體為純氬氣。
[0008]所述三氧化二鋁陶瓷片為不導電的基底。
[0009]所述覆蓋的掩膜板為預先經(jīng)過激光切割加工而成，掩模板上為所需制備的電極和電阻形狀的開孔。[0010]步驟(1)所述丙酮、酒精以及去離子水清洗的時間為10~30分鐘。
[0011]步驟(2)所述本底真空度小于5.0X10_4Pa，調(diào)芐基片與靶材的距離為10~20厘米，選用99.99%的純銀靶作為銀電極和電阻沉積的濺射靶。
[0012]步驟(3)所述銀靶采用直流濺射，濺射功率為20~80W，濺射時間為2~20分鐘。
[0013]步驟(3)所述純氬氣的純度為99.99%以上，氣體壓強為0.3~1.6Pa。
[0014]步驟(3)所述三氧化二鋁陶瓷基底不需要加熱。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明利用磁控濺射方法，室溫下在清洗干凈的Al2O3陶瓷片上沉積Ag電極和電阻，通過改變?yōu)R射時間和功率來改變電極跟電阻的厚度，最終可得到50-500nm厚的Ag電極和電阻?？捎糜陔娀瘜W的分析、光學性能的分析以及材料檢測等領域。由于磁控濺射法具有設備簡單、價格便宜、成膜均勻、可用于大面積制膜等優(yōu)點，該制備方法可在工業(yè)化生產(chǎn)中得到廣泛應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為十字交叉電極形狀。
[0017]圖2電阻形狀。
[0018]圖3掩模板尺寸和形狀。
[0019]圖4為本發(fā)明實施例1磁控濺射后Ag薄膜電極(a)和電阻(b)的SEM像。
[0020]從圖中可以看出`Ag薄膜電極和電阻較均勻、致密。
【具體實施方式】
[0021]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例以本發(fā)明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0022]實施例1:
(1)將Al2O3陶瓷片依次在丙酮、酒精以及去離子水中超聲清洗IOmin；
(2)在Al2O3陶瓷基片上覆蓋上預先加工過的剛性電極掩模板；
(3)將(2)中的陶瓷片置于磁控濺射腔內(nèi)，采用直流濺射銀靶，濺射功率40W，濺射時間20min，純氬氣流量30SCCm，背底真空度4.0X 10_4Pa，濺射氣壓0.3pa，最終獲得Ag電極厚度為490nm ；
(4)取出陶瓷片，在另一面覆蓋上預先加工過的剛性電阻掩模板，并置于磁控濺射腔內(nèi)，采用直流濺射銀靶，濺射功率40W，濺射時間20min，純氬氣流量30sCCm，背底真空度
4.0X l(T4Pa，濺射氣壓0.3Pa，最終獲得Ag電阻厚度為490nm。
[0023]實施例2:
(1)將Al2O3陶瓷片依次在丙酮、酒精以及去離子水中超聲清洗IOmin；
(2)在Al2O3陶瓷基片上覆蓋上預先加工過的剛性掩模板；
(3)將(2)中覆蓋有掩模板的陶瓷片置于磁控濺射腔內(nèi)，采用直流濺射銀靶，濺射功率40W，濺射時間lOmin，純氬氣流量30sccm，背底真空度4.0X10_4Pa，濺射氣壓0.3Pa，最終獲得Ag電極厚度為240nm ；
(4)取出陶瓷片，在另一面覆蓋上預先加工過的剛性電阻掩模板，并置于磁控濺射腔內(nèi)，采用直流濺射銀靶，濺射功率40W，濺射時間20min，純氬氣流量30sCCm，背底真空度4.0X l(T4Pa，濺射氣壓0.3Pa，最終獲得Ag電阻厚度為240nm。
[0024]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因`此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
【權利要求】
1.一種用于金屬氧化物半導體式傳感器銀電極和電阻的制備方法，其特征在于，將清洗干凈的三氧化二鋁陶瓷片置于磁控濺射腔內(nèi)，表面覆蓋上預先用激光技術加工好的掩膜板，利用磁控濺射鍍膜技術在純氬氣氣氛下濺射銀原子，得到厚度為50~500nm的銀電極和電阻；具體步驟如下: (1)三氧化二鋁陶瓷片的清洗:依次用丙酮、酒精以及去離子水超聲清洗； (2)在三氧化二鋁陶瓷片表面覆蓋上同等尺寸的，已用激光加工好的剛性掩膜板； (3)濺射銀電極和電阻:采用直流濺射銀靶，濺射氣體為純氬氣。
2.根據(jù)權利要求1所述用于金屬氧化物半導體式傳感器銀電極和電阻的制備方法，其特征在于，所述三氧化二鋁陶瓷片為不導電的基底。
3.根據(jù)權利要求1所述用于金屬氧化物半導體式傳感器銀電極和電阻的制備方法，其特征在于，所述覆蓋的掩膜板為預先經(jīng)過激光切割加工而成，掩模板上為所需制備的電極和電阻形狀的開孔。
4.根據(jù)權利要求1所述用于金屬氧化物半導體式傳感器銀電極和電阻的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述丙酮、酒精以及去離子水清洗的時間為10~30分鐘。
5.根據(jù)權利要求1所述用于金屬氧化物半導體式傳感器銀電極和電阻的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述本底真空度小于5.0X10_4Pa，調(diào)芐基片與靶材的距離為10~20厘米，選用99.99%的純銀靶作為銀電極和電阻沉積的濺射靶。
6.根據(jù)權利要求1所述用于金屬氧化物半導體式傳感器銀電極和電阻的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述銀靶采用直流濺射，濺射功率為20~80W，濺射時間為2~20分鐘。
7.根據(jù)權利要求1所述用于金屬氧化物半導體式傳感器銀電極和電阻的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述純氬氣的純度為99.99%以上，氣體壓強為0.3~1.6Pa。
8.根據(jù)權利要求1所述用于金屬氧化物半導體式傳感器銀電極和電阻的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述三氧 化二鋁陶瓷基底不需要加熱。
【文檔編號】C23C14/35GK103805953SQ201210456058
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月14日 優(yōu)先權日:2012年11月14日
【發(fā)明者】張柯, 張小秋, 姜來新, 尹桂林, 何丹農(nóng) 申請人:上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司