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        微加工技術在高精度位移傳感器中的應用

        2016-05-30 18:32:06李廣金
        科技尚品 2016年2期
        關鍵詞:高精度

        李廣金

        摘 要:隨著科學技術的日新月異,各種類型的傳感器層出不窮,其中,高精度位移傳感器是較為新穎的傳感器,與普通傳感器對比而言具有得天獨厚的優(yōu)勢。高精度傳感器的結(jié)構(gòu)豐富,電極呈柵狀存在,一旦電極存在平行移動以及覆蓋面積變化,電容量則會隨之變化,進而實現(xiàn)測量幾何量的作用,現(xiàn)結(jié)合該原理對微加工技術的應用予以研究。

        關鍵詞:微加工技術;高精度;位移傳感器

        1 容柵式位移傳感器的工作原理

        容柵式位移傳感器,根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可以具體分為圓形容柵位移傳感器、直線型容柵位移傳感器以及圓筒型容柵位移傳感器。此次試驗所采取的是直線型容柵位移傳感器。直線型容柵位移傳感器主要由兩部分所組成,分別是靜柵極板和動柵極板。每當在發(fā)射極相同位置安放相同的輸入信號時,反射級同接收極、發(fā)射極同反射極會形成電場。反射極能夠進行耦合作用,接收極輸出信號會逐漸發(fā)生變化。此外,受到靜柵極板大小的影響,如果進行較大位移測量,靜柵極板不能全部覆蓋于電子屏蔽下,進而受到外界因素影響,導致測量出現(xiàn)誤差。

        2 微加工制作高精度位移傳感器流程

        2.1 高精度位移傳感器制作與微加工

        高精度位移傳感器在基底使用方面,需要采取玻璃襯底,也可以采用其他襯底。每個基底具有8N個導通盤,利用導線能夠同另外基底的8N個發(fā)射極進行相連,保證發(fā)射極柵連通有效,需要注意的是,發(fā)射極柵導線寬度需要比連接導線寬度粗一些。而高精度位移傳感器的分辨率主要是由相鄰發(fā)射柵極之間的距離所決定。此次實驗主要是玻璃襯底上通過微加工工藝用疊層的方法,能夠有效控制極柵的間距和寬度[1]。

        半導體微加工主要工作原理是將沒有線路的第一層圖形部分,制成銅掩膜版,當進行磁控濺射薄膜階段,可以在襯底安放掩膜版,當濺射完畢后,掩膜版中的圖形也就是所需圖形。

        2.2 微電子加工工藝

        微電子加工工藝,主要包括離子注入、外延生長工藝、熱氧化、蒸發(fā)、圖形光刻工藝、濺射、刻燭工藝以及雜質(zhì)擴散等等。此次精度位移傳感器試驗所涉及的工藝流程,主要是薄膜的生長、掩膜版的制作、圖形光刻、刻燭4部分。

        3 磁控濺射實驗

        3.1 磁控濺射原理

        濺射也就是指靶材表面受到高能粒子的轟擊,造成分子和原子離開靶材的情況。濺射可以說是能量進行傳遞的散射過程。磁控濺射原理主要是,在真空室中加入Ar氣,保證壓力達到0.1~10Pa;之后在陰極靶材后安放強磁鐵或者磁線圈,保證其內(nèi)芯磁場和外環(huán)磁場強度相同,進而能夠在兩極間產(chǎn)生磁場,保證電場與磁場方向垂直。

        3.2 磁控濺射電源

        濺射電源對于濺射裝置的性能、薄膜沉積速率,以及沉積薄膜的質(zhì)量都具有決定性影響。磁控濺射電源主要分為射頻電源和直流電源。本次試驗主要采取直流電源,主要是其操作簡單、利于金屬薄膜的沉積。兩個電極之間受直流輝光放電影響而產(chǎn)生電壓,真空中氣體中會產(chǎn)生離子和電子,進而產(chǎn)生放電現(xiàn)象。輝光放電時,開始階段由于電壓較小,因此電流也較小;隨著電壓的增加,帶電粒子能量足夠多,進而使電流量增加[2]。

        3.3 磁控濺射鍍膜工藝流程

        磁控濺射對于整個實驗具有至關重要的影響,對于鍍膜工藝的選擇,直接影響到后期成膜的質(zhì)量與性能。本次試驗的鍍膜工藝具體流程如下:清洗基片→安裝靶材→安裝基片→抽真空→沖入氬氣→調(diào)整靶材與基片之間的距離→預濺射→抽真空→濺射→取片。

        4 光刻實驗

        4.1 甩膠過程

        玻璃基片經(jīng)過鍍層薄膜之后,從真空室中取出之后務必及時甩膠,防止由于過長時間暴露在空間中,導致玻璃基片被外界環(huán)境污染。光刻膠也可以叫做光致抗燭劑,其構(gòu)成原料對光具有一定的敏感性。光刻膠主要有以下幾種:電子束膠、離子束膠、紫外光刻膠以及X射線膠等等。如果能夠解決好紫外曝光過程中,衍射和反射引發(fā)的分辨率問題,那么紫外光刻膠工藝將會更加成熟。

        4.2 紫外曝光

        此次實驗主要利用暖光進行。對于新汞燈,實驗所需要求的曝光強度,可以改變時間的長短進行找尋。如果汞燈長時間使用,曝光強度會下降,因此需要及時更換汞燈。具體曝光步驟如下:(1)將曝光儀、真空泵以及汞燈打開,提前預熱汞燈10min;(2)吸版。真空泵可以借助氣路通道,將掩膜版同夾板結(jié)合,進而固定住掩膜版;(3)吸片。在載片臺中放置玻璃基片,然后固定住玻璃基片;(4)吸板。利用吸夾板將夾板固定,防止移動;(5)將氮氣閥門打開,在載片臺下保持氮氣暢通,保證載片臺能夠浮起,同夾板平行;(6)對準。將玻璃基片同掩膜版對齊;(7)設置曝光時間,控制在一定范圍內(nèi)。曝光燈同玻璃基片平齊使,可以進行曝光,結(jié)束后關閉按鈕。

        4.3 顯影

        此次實驗主要采用紫外正性光刻膠,在顯影液中浸泡曝光后的玻璃基片,光刻膠受紫外線照射,容易發(fā)生自身溶解,而未照射到的光刻膠則保留下來[3]。顯影液濃度、溫度以及顯影時間在得到足夠的曝光之后,會受到明顯影響。本次試驗對溫度做到較好的控制,顯影是在室溫下進行,顯影液采取的是正膠顯影液,能夠同紫外正性光刻膠相對應。經(jīng)過多次試驗,顯影時間控制在1min最為理想。如果顯影時間過短,玻璃基片上容易殘留光刻膠,對刻蝕帶來影響;而如果顯影時間過長,則會導致光刻膠膨脹,造成脫落現(xiàn)象。

        5 總結(jié)

        通過以上論述能夠看出,此次試驗利用微加工工藝技術,很好地實現(xiàn)了制作高精度位移傳感器的目的。本次試驗注重研究了磁控濺射試驗,主要包括玻璃基片的清洗方法、磁控濺射鍍膜的具體步驟,以及相關參數(shù)的計算。此外,磁控濺射技術在很多方面需要逐步完善和改造,以此提升高絕緣層薄膜的濺射速率。

        參考文獻

        [1]許卓,楊杰,王成,等.大量程納米位移傳感器的微納加工制造[J].傳感器與微系統(tǒng),2015,(10):60-62.

        [2]張云劍.高精度反射式塑料光纖位移傳感器探究[J].電子制作,2014,(1):12-14.

        [3]張德福,葛川,李顯凌,等.高精度位移傳感器線性度標定方法研究[J].儀器儀表學報,2015(5):982-988.

        (作者單位:桂林市晶瑞傳感技術有限公司)

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