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金属表面介质薄膜的隔离技术

阅读：606发布：2021-02-28

IPRDB可以提供金属表面介质薄膜的隔离技术专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明是在金属材料上先采用电化学氧化方法，形成该金属的氧化物薄膜，再在氧化膜上通过溅射、蒸镀、等离子辉光放电、低压CVD等方法生长一层介质膜，形成了复合介质薄膜隔离层。利用这种技术制造的复合介质隔离层，具有耐450℃高温，与金属基体结合性好，高绝缘强度等优点。适用于制造各种以金属为基体材料的薄膜温度传感器、薄膜力学量传感器、气体传感器和其它具有上述要求的传感器或金属零部件。，下面是金属表面介质薄膜的隔离技术专利的具体信息内容。

权利要求

1、制作介质薄膜的一种方法，是利用蒸镀、溅射、等离子辉光放电、低压CVD等方法在金属表面生长一层介质薄膜，其特征在于在生长该介质薄膜之前，先将金属表面用电化学氧化方法生成一层该金属的氧化物。

2、权利要求1所述的方法，其中金属是阀金属及其合金（可阀合金）。

3、权利要求1或2所述的方法，其特征在于进行电化学氧化时，当电压升到200v以后，需恒压30分钟。

4、权利要求3所述的方法，其特征是再在金属氧化物表面使之生长一层0.5μm～1.5μm厚的介质薄膜层。

说明书全文

本发明涉及一种隔离技术，是在金属材料表面形成一层耐高温和高压的介质隔离层的制作方法。

普通薄膜温度传感器和力学量传感器等都是在介质基体上生长一层敏感薄膜层。随着科学技术的发展希望利用金属代替介质基体，这就需要在金属表面制作一层与金属具有良好结合性能，耐高温和高压的介质膜作介质隔离层。目前在金属表面形成介质薄膜是用蒸镀、溅射、等离子辉光放电、低压CVD等方法，而这些方法都是靠外力的作用在金属表面淀积生长一层介质薄膜，绝缘强度差，容易被击穿。又由于该介质与金属的膨胀系数不匹配，致使介质膜与金属结合性能和耐热性能差，在高温下介质薄膜容易脱落。

为了解决现有技术中存在的问题，用本发明可获得在金属表面形成一层与金属具有良好结合性能，耐高温和高压的介质膜作介质隔离层。构成本发明的技术方案是：首先在金属表面利用电化学方法形成一层该金属的氧化物，然后用常规方法在该金属氧化物上再制作一层介质膜，形成完整的复合介质薄膜。

本发明可以通过以下措施来达到：可利用阀金属如钽、铌、钛、镍及其合金（可阀合金），在其表面先用电化学氧化方法生成一层该金属的氧化物薄膜，然后再在这层金属氧化物表面通过蒸镀、溅射、等离子辉光放电、低压CVD等方法生长0.5μm～1.5μm厚的介质薄膜层。整个工艺过程构成了本发明金属表面复合介质薄膜的隔离技术。

由于利用电化学氧化的方法，在金属表面生长的氧化物与界面的金属形成一体化结构的混合物，确保了金属与氧化物薄膜的牢固结合性和耐高温性。该混合物是n型半导体，氧化物表面是一层富氧氧化层，即p型半导体，中间是纯阻层i，形成pin结，提高了绝缘强度。

这种电化学氧化的方法，通常应用于电解电容器的制作技术和金属表面的抗腐蚀处理技术，如在铝表面氧化成的三氧化二铝，在钽表面氧化成的五氧化二钽，在铌表面氧化成的五氧化二铌，在钛表面氧化成的氧化钛等。然后再在金属氧化物表面溅射一层三氧化二铝陶瓷介质膜或氮化硅介质膜等。整个工艺过程即构成了本发明金属表面复合介质薄膜的隔离技术。

下面将结合附图对本发明作进一步详述：

图1是本发明制作的介质隔离层的结构图。

图2是本发明在金属表面用电化学氧化方法形成的氧化物薄膜的结构图。

图3是用本发明制作的软衬底铂膜温度敏感元件的膜片结构图。

图4是用本发明制作的金属衬底薄膜压力传感器的膜片结构原理图。

图1是本发明在金属表面制作的复合介质薄膜，由先利用电化学方法在可阀金属如钽为基体[3]上形成的五氧化二钽薄膜[1]和在五氧化二钽表面通过溅射等方法生成的三氧化二铝介质膜[2]组成。

图2表明了在阀金属及其合金表面上通过电化学氧化形成的氧化物薄膜的pin结结构。在金属氧化物与金属界面是一层金属和氧化物的混合物，即n型半导体[4]，氧化物表面是一层富氧氧化层，即p型半导体[6]，在[4]和[6]两层之间是一层纯氧化物[5]，称纯阻层i。

本发明可用于制造各种以金属材料为衬底的薄膜温度传感器，薄膜力学量传感器，气体传感器和其它传感器，同时也是制作耐高温的金属材料表面介质的隔离方法。

制造软衬底铂膜温度传感器的技术中，关键是介质薄膜隔离技术。本发明在制作软衬底铂膜温度敏感元件图3的介质薄膜的工艺过程如下：

1.钽Ta基体[11]是将0.03～0.05mm的钽箔浸入磷酸乙二醇溶液中进行电化学氧化，钽箔接直流电源的正电极，金箔接负电极，以0.5mA/cm2的电流密度通电氧化，使电压升到200v以后，恒压30分钟，待电流降到0.05mA/cm2，即形成了钽的氧化膜[7]五氧化二钽。

2.用99瓷做溅射靶材，利用高频溅射仪对氧化膜表面溅射0.5μm～1.5μm厚的三氧化二铝陶瓷膜[8]。即形成了钽表面上的复合介质薄膜。

然后以99.9%的pt热敏材料用常规方法，在三氧化二铝陶瓷膜表面溅射一层7000 的pt膜[9]。[10]是引线。

由于利用本发明金属表面介质薄膜的隔离技术，解决了介质薄膜可耐450℃高温和耐高压的问题，才制成了软衬底铂膜温度传感器。其性能如下：

1.电阻值 500Ω～1.5kΩ

2.温度系数 2500～3000ppm/℃

3.测温范围 -40℃～+150℃

4.稳定性 0.1%/7000h

5.重复性 0.1%

该薄膜温度传感器同时还具有良好的柔性，易在复杂的几何图形上粘贴，用于精确测温。

本发明介质薄膜隔离技术也可用在制作力学量传感器中的介质薄膜。

图4是利用本发明制造的金属衬底薄膜压力传感器膜片的结构图，金属衬底材料作弹性膜片[16]，金属氧化物[12]、介质膜[13]，薄膜力敏材料[14]，基座[15]。

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金属表面介质薄膜的隔离技术

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