用于金屬氧化物半導(dǎo)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(dǎo)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(shù)，室溫下在清洗干凈的Al2O3陶瓷基底上（覆蓋上預(yù)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(shí)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(yīng)材料的接觸面積；另外，磁控濺射法具有設(shè)備簡單、價(jià)格便宜、成膜均勻、可用于大面積制膜等優(yōu)點(diǎn)，該制備方法可在工業(yè)化生產(chǎn)中的得到廣泛應(yīng)用。
【專利說明】用于金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器銀電極和電阻的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)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(shù)在Al2O3陶瓷基底上制備Ag電極和電阻，屬于微觀科學(xué)領(lǐng)域的Ag電極和電阻的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著傳感器在工業(yè)及日常生活中的應(yīng)用逐漸增加，傳感技術(shù)也將是未來最重要的關(guān)鍵技術(shù)之一。金屬氧化物半導(dǎo)體式傳感器是利用待測氣體與金屬氧化物表面接觸時(shí)，氣體分子在薄膜表面進(jìn)行還原反應(yīng)以引起傳感器電導(dǎo)率的變化來檢測氣體。為了消除氣體分子達(dá)到初始狀態(tài)就必須發(fā)生一次氧化反應(yīng)，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(dǎo)致溫度太低反應(yīng)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(dǎo)率、熱導(dǎo)率和高溫硬度，電極的結(jié)構(gòu)必須有足夠的強(qiáng)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(yīng)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(yīng)具有良好的線性關(guān)系；電阻率高，熱容量小，反應(yīng)速度快。目前，市場上所售的金屬氧化物半導(dǎo)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(jià)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(dǎo)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(yīng)材料的面積，加速氣體分子的氧化過程，提高傳感器的響應(yīng)時(shí)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(jià)格成本也是一個(gè)考慮的重要因素，Ag相對其優(yōu)良的性能來說，價(jià)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(shù)的不足，本發(fā)明提供一種在Al2O3陶瓷片上制備用于半導(dǎo)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(dǎo)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(yù)先用激光技術(shù)加工好的掩膜板，利用磁控濺射鍍膜技術(shù)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(dǎo)電的基底。
[0009]所述覆蓋的掩膜板為預(yù)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(shí)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(shí)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(qiáng)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(shù)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(shí)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(xué)的分析、光學(xué)性能的分析以及材料檢測等領(lǐng)域。由于磁控濺射法具有設(shè)備簡單、價(jià)格便宜、成膜均勻、可用于大面積制膜等優(yōu)點(diǎn)，該制備方法可在工業(yè)化生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)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(shí)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(shí)施方式】
[0021]下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0022]實(shí)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(yù)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(shí)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(yù)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(shí)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(shí)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(yù)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(shí)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(yù)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(shí)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(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)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(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種用于金屬氧化物半導(dǎo)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(yù)先用激光技術(shù)加工好的掩膜板，利用磁控濺射鍍膜技術(shù)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(quán)利要求1所述用于金屬氧化物半導(dǎo)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(dǎo)電的基底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于金屬氧化物半導(dǎo)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(yù)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(quán)利要求1所述用于金屬氧化物半導(dǎo)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(shí)間為10~30分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于金屬氧化物半導(dǎo)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(quán)利要求1所述用于金屬氧化物半導(dǎo)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(shí)間為2~20分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于金屬氧化物半導(dǎo)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(qiáng)為0.3~1.6Pa。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于金屬氧化物半導(dǎo)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(quán)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(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心有限公司