【儀表網(wǎng) 儀表科普】敏感元件的性能除由其材料決定外，還與其加工技術(shù)有關(guān)。采用新的加工技術(shù)，如集成技術(shù)、薄膜技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)、離子注人技術(shù)、靜電封接技術(shù)等，能制作出質(zhì)地均勻、性能穩(wěn)定、可靠性高、體積小、質(zhì)量輕、成本低、易集成化的敏感元件。下面就薄膜技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)、離子注人技術(shù)作一簡(jiǎn)單介紹。
 

薄膜技術(shù)
 

　　薄膜技術(shù)
 

　　在一定的基底上，用真空蒸發(fā)、濺射、化學(xué)氣相淀積(CVD)、等離子CVD、外延、電鍍等工藝技術(shù)，制成金屬、合金、半導(dǎo)體、化合物半導(dǎo)體等材料的薄膜，薄膜厚度約為零點(diǎn)幾微米至幾微米，這種加工技術(shù)稱為薄膜技術(shù)。薄膜技術(shù)可制作力敏、光敏、磁敏、氣敏、濕敏、放射線敏、熱敏、化學(xué)敏、生物敏等薄膜敏感元件。它們的成品率高、參數(shù)一致性好、性能優(yōu)良、成本低廉。
 

　　真空蒸發(fā)是在真空室內(nèi)將待蒸發(fā)(源)材料置于加熱器中加熱，使其分子或原子獲得足夠的熱能離開源材料，形成蒸汽狀，淀積到基底上，而形成薄膜。
 

　　濺射是在低真空室中用高電壓(高于1000V直流或交流)使氣體電離形成等離子體，等離子體的正離子以高能量轟擊由待濺射物質(zhì)制成的陰極靶面，使其原子離開靶面淀積到陽(yáng)極工作臺(tái)的基片上而形成薄膜。這種方法形成的薄膜比真空蒸發(fā)的牢固，并能制出高熔點(diǎn)的金屬(合金)膜和化合物膜，其化學(xué)成分基本不變，但工藝設(shè)備較復(fù)雜，成膜速度較慢。其中直流濺射用來制備金屬(合金)薄膜和半導(dǎo)體薄膜，交流濺射則用來制造介質(zhì)薄膜和金屬薄膜。
 

　　化學(xué)氣相淀積是使含有待淀積物質(zhì)的化合物升華成氣體，與另一種氣體化合物(也可含有待淀積物)在反應(yīng)室內(nèi)加熱進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)淀積物，淀積在基底上而生成薄膜。等離子CVD是用直流或射頻高電壓，使反應(yīng)室內(nèi)通人的一定量氣體(如氧氣等)產(chǎn)生輝光放電，使室內(nèi)反應(yīng)氣體(包括含有待淀積物質(zhì)的氣體)被電離而形成等離子區(qū)，為化學(xué)反應(yīng)提高活化能。輝光放電所產(chǎn)生的高溫，使反應(yīng)氣體化學(xué)反應(yīng)生成淀積物，淀積在基底上生成薄膜。等離子CVD法薄膜生成速率高于CVD法，薄膜的特性取決于反應(yīng)氣體的流量、輝光放電狀態(tài)、電壓功率和基底溫度等因素。利用等離子CVD工藝制作的多晶薄膜氣敏元件，如Sn02和α- Fe2O3等具有靈敏度高、選擇性好(α- Fe2O3可測(cè)乙醇)、穩(wěn)定性高、響應(yīng)時(shí)間短等特點(diǎn)。等離子CVD技術(shù)發(fā)展很快，是一種很有前途的加工技術(shù)。
 

　　近年來發(fā)展的超微粒子薄膜技術(shù)常用的是等離子蒸發(fā)工藝。它是將某種化合物(或金屬)在氧氣或其他氣體的等離子中蒸發(fā)，形成氧化物或其他化合物，凝聚在基底上而生成超微粒子薄膜。超微粒子薄膜具有許多獨(dú)特的物理、化學(xué)性能，例如Sn02超微粒子薄膜對(duì)氣體和濕度十分敏感，具有靈敏度高、選擇性好、工作溫度低(100?150℃)、與Si集成電路相容等特點(diǎn)，能制成多功能(溫-濕-氣)傳感器，并向微型化和集成化方向發(fā)展。
 

　　應(yīng)該指出，不同的敏感元件所使用的薄膜工藝是不同的，即使是同種敏感元件也可采用不同的薄膜工藝來制造，以得到不完全相同的性能，因此應(yīng)根據(jù)不同的要求選擇不同的薄膜工藝。薄膜技術(shù)的機(jī)理還有待深人研究，以便更好地指導(dǎo)實(shí)踐，提高薄膜敏感元件的穩(wěn)定性和可靠性?，F(xiàn)在正有望發(fā)現(xiàn)一些新的物理、化學(xué)效應(yīng)，推動(dòng)敏感元件的發(fā)展。
 

　　外延工藝實(shí)質(zhì)上也是一種CVD工藝。它是以硅單晶片等為基底，用氫或氟等來還原含有硅的化合物，如硅烷(SiH4)或四氯化硅等，使生成單晶硅或其他物質(zhì)而淀積在基底上形成薄膜，例如用CVD技術(shù)在藍(lán)寶石上外延生長(zhǎng)單晶硅膜(SOS)。若基底和外延薄膜為同一物質(zhì)，稱為同質(zhì)外延；反之，兩者不是同一物質(zhì)，則稱異質(zhì)外延。
 

　　微細(xì)加工技術(shù)
 

　　微細(xì)加工技術(shù)包括光刻、腐蝕、氧化、擴(kuò)散等技術(shù)，其中以光刻、腐蝕技術(shù)應(yīng)用多。腐蝕技術(shù)中又因濕法腐蝕方法簡(jiǎn)單、成本低而大量使用，常用的腐蝕液有乙醇二胺、鄰苯二酚和水， 按750 ml : 120 g : 240 ml配比的混合液，具有各向異性腐蝕特性，適用于加工各種特殊形狀；KOH與水或異丙酮按44 g : 100 ml配制的溶液，其腐蝕速度與硅片晶向有關(guān)，適宜于在(110)晶向處開深槽。這兩種腐蝕液不能腐蝕摻有濃硼的硅，因此可用摻濃硼來控制尺寸的大小。還有一種常用的腐蝕液是HF : HN03和醋酸按1:2:1配制，其腐蝕速度快，但選擇性不強(qiáng)，只能用Si3N4作掩蔽。
 

　　微細(xì)加工是利用硅的異向腐蝕特性和腐蝕速度與摻雜濃度有關(guān)，對(duì)硅材料進(jìn)行精細(xì)加工，制作復(fù)雜的敏感元件。例如，制作質(zhì)量輕(低于0.02 g)、密封良好、與生物兼容的硅微型醫(yī)用傳感器，可隨藥丸吞服輸人體內(nèi)。如果在硅材料或其他材料上用化學(xué)腐蝕方法有選擇地進(jìn)行 開孔、減薄、刻槽等微機(jī)械加工，來形成微機(jī)械元件，則可制成硅壓力、加速度、氣體和醫(yī)用傳感器。這種以微米尺寸進(jìn)行加工的技術(shù)是一種蝕刻技術(shù)，也屬于微細(xì)加工技術(shù)。
 

　　離子注入技術(shù)
 

　　離子注人技術(shù)是半導(dǎo)體敏感元件的主要制備工藝，它是用電荷控制雜質(zhì)，能在1010~ 106 μm2 范圍內(nèi)控制注人量，因此可控制PN結(jié)深，并能實(shí)現(xiàn)各種不同的摻雜，尤其是特種離子摻雜，能使半導(dǎo)體表面改性，能代替等離子CVD或?yàn)R射技術(shù)制備多晶材料，而避免水、氧等外來雜質(zhì)的玷污，提高敏感元件性能。因此它優(yōu)于以擴(kuò)散為基礎(chǔ)的摻雜方法，具有均勻性好、靈敏度高、重復(fù)性好、成品率髙、成本低廉、易實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。可用來制作霍爾(Hall)器件(如GaAs高線性度Hall器件)、Ge - APD光電器件、1. 3μm  InGaAsP/InP半導(dǎo)體激光器、紅外探測(cè)器等。制備非晶硅材料時(shí)，在線陣 CCD中實(shí)現(xiàn)表面反射層工藝等。
 

　　(原文標(biāo)題：精讀：深度解析傳感器敏感元件的加工新技術(shù))