20.11.2015
216.013.914c

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области электронной техники, а именно к средствам измерения, в конструкции которых применен тензорезистивный элемент на металлической подложке, изготовленный с использованием тонкопленочной технологии. Способ изготовления тонкопленочных резисторов включает последовательное напыление на диэлектрическую подложку резистивной и проводящей пленок, формирование микрорисунка резисторов методом фотолитографии с последующей термообработкой инфракрасным излучением при температуре рекристаллизации резистивной пленки. Термообработку осуществляют кратковременно в вакууме в течение 15-30 минут и после чего проводят термостабилизацию на воздухе при температуре 220±30°C в течение 15-35 минут. Термообработку в вакууме осуществляют при давлении P=(1·10-5·10) мм рт.ст. Технический результат заключается в повышении стабильности резистивного элемента, расширении рабочих температур датчиков при эксплуатации и обеспечении высокой точности измерения давления в течение длительного времени их работы. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к средствам измерения, в конструкции которых применен тензорезистивный элемент на металлической подложке, изготовленный с использованием тонкопленочной технологии.

При разработке высокотемпературных датчиков, основанных на использовании тензоэффекта, предъявляются повышенные требования по стабильности тензорезисторов, включенных в мостовую схему. Временная стабильность изменения начального выходного сигнала U0 таких датчиков в условиях эксплуатации в течение 15-25 лет должна быть не более (0,1-0,8)%. Для обеспечения этого требования необходимо, чтобы изменение номиналов (ΔR/R)·100% всех четырех тензорезисторов мостовой схемы относительно друг друга было не более 0,001%. На данный момент достигнутый уровень составляет порядка (0,1-0,01) за 1 год хранения.

Известен способ изготовления высокотемпературного тензорезистивного элемента, включающий последовательное нанесение на металлическую подложку изоляционного, тензорезистивного и проводящего слоев и термообработку после нанесения каждого слоя [SU патент №1128694 A1, H01C 17/00, G01B 7/18. Опубл. 27.03.1996].

Недостатком данного способа является нестабильность тонкопленочных резисторов, вызванная диффузионными процессами между изоляционными, резистивными и проводящими слоями и дрейфом сопротивления в рабочих условиях за счет окислительных процессов на поверхности тензорезисторов.

Наиболее близким аналогом к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления тонкопленочных резисторов, включающий последовательное напыление на диэлектрическую подложку резистивной и проводящей пленок, формирование микрорисунка резисторов методом фотолитографии с последующей термообработкой инфракрасным излучением с длиной волны 0,7-3,2 мкм при температуре рекристаллизации резистивной пленки на воздухе в течение 0,5-1 часа [SU патент №1022569 А, H01C 17/00. Опубл. 17.04.1981].

Недостатками данного способа являются нестабильность резисторов из-за возникновения поверхностных и структурных диффузионных процессов в пленках, обусловленных включением атмосферных загрязнителей, низкая точность характеристик, связанная со значительными изменениями (уходом) номиналов после длительной термообработки, осуществляемой на воздухе.

Целью изобретения является повышение стабильности, расширение рабочих температур датчиков при эксплуатации, обеспечение высокой точности измерения давления в течение длительного времени их работы.

Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления тонкопленочных резисторов, включающем последовательное напыление на упругий элемент с диэлектрическим слоем (диэлектрическую подложку) резистивной и проводящей пленок, формирование микрорисунка резисторов методом фотолитографии с последующей термообработкой инфракрасным излучением при температуре рекристаллизации резистивной пленки, согласно предлагаемому изобретению термообработку осуществляют кратковременно в вакууме в течение 15-30 минут и после чего проводят термостабилизацию на воздухе при температуре 220±30°C в течение 15-35 минут.

Кроме того, в способе изготовления тонкопленочных резисторов, согласно предлагаемому изобретению термообработку в вакууме осуществляют при давлении P=(1·10-5-5·10-6) мм рт.ст.

Кратковременная высокоэнергетическая обработка тонкопленочной структуры инфракрасным излучателем, производимая в вакууме, позволяет осуществлять рекристаллизацию резистивной пленки без включения атмосферных загрязнителей и тем самым повышает стабильность воспроизведения номиналов резисторов. Ограничение по давлению остаточных газов в вакуумной камере, равное P=(1·10-5-5·10-6) мм рт.ст. вызвано необходимостью исключения загрязнения пленок атмосферными загрязнителями в процессе обработки и достаточностью количества молекул остаточного газа поверхностной пассивации (окисления) резистивных пленок. Вместе с тем обработка в вакууме активизирует поверхностные и внутренние окислительные процессы в тонкопленочных структурах и связывает в устойчивые химические соединения молекулы (атомы) кислорода, воды, азота и т.д., а также свободные атомы материалов тонкопленочных структур, например, Si, Al в изолирующих пленках SiO SiO2 Si3N4 Al2O3; Cr, Ni в резистивных пленках типа Х20Н80, П65ХС, Х20Н75Ю и др. как внутри них, так и в зонах контактирования тонких пленок между собой в окислы, силициды и другие формы устойчивых соединений. В результате, резко снижается интенсивность изменения значений сопротивлений в эксплуатационных условиях и при хранении.

Время воздействия 15-30 минут выбрано из условия достаточности энергетического воздействия для завершения протекания процессов окислообразования, образования силицидов металлов и других соединений.

Термостабилизация на воздухе при температуре 220±30°C в течение 15-35 минут способствует снятию напряжений от локальных микропластических деформаций в тонкопленочных структурах, вызванных образованием внутрипленочных окислов, силицидов и других соединений после инфракрасной обработки и является достаточной для датчиков давления, эксплуатируемых при рабочих температурах при до 200°C.

Кроме того, способ позволяет уменьшить барьерную проводимость путем получения термодинамического равновесия и «монолитных» соединений в структуре резистор-подслой-золото, уменьшить зоны непроводящих (малопроводящих) участков за счет наличия окислов ванадия, хрома, никеля и других материалов, что в то же время приводит к уменьшению сопротивлений между резисторами на тензорезистивном элементе и шумов.

Осуществление способа заключается в последовательном напылении на упругий элемент с диэлектрическим слоем (диэлектрическую подложку) изоляционного слоя моноокиси кремния с подслоем хрома, резистивного слоя из сплава Х20Н75Ю и проводящего слоя золота с подслоем ванадия, с последующим формированием микрорисунка резисторов методом фотолитографии. Далее тензорезистивный элемент подвергается кратковременной термообработке прямым инфракрасным излучением в вакуумной камере при давлении P=(1·10-5-5·10-6) мм рт.ст в течение 15-30 минут. После чего проводят термостабилизацию тензорезисторов на воздухе при температуре Т=220±30°C в течение 15-35 минут.

Было изготовлено 10 тестовых образцов с тензорезистивными элементами, сформированными в мостовую схему. Испытания тонкопленочных тензорезистивных элементов проводились в течение 45 часов в печи при атмосферном давлении и температуре 200°C. После чего образцы изымались для измерения номиналов тензорезисторов и оценки их нестабильности (ухода). Сравнительные результаты занесены в таблицу 1.

Из таблицы видно, что изменения значений номиналов тензорезисторов после испытаний практически равны нулю. Причем максимальные изменения номиналов тензорезисторов не превышают 0,1 Ом, что может быть вызвано погрешностью приборов измерения.

Способ изготовления тонкопленочных резисторов приводит к повышению стабильности тензорезистивного элемента, расширению рабочих температур датчиков при эксплуатации и обеспечивает высокую точность измерения давления в течение длительного времени их работы.

Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 49.
10.01.2013
№216.012.19e9

Датчик давления тензорезистивного типа с тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системой

Датчик давления с тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системой (НиМЭМС) предназначен для использования при воздействии нестационарных температур и повышенных виброускорений. Датчик давления тензорезистивного типа с тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системой (НиМЭМС)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472125
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.1a8b

Способ и устройство для цифрового сжатия и восстановления сигналов

Изобретение относится к области цифровой обработки сигналов и информационно-измерительной техники и может быть использовано для анализа, сжатия-восстановления и выделения информативных колебательных компонент сигналов в системах телеметрии, телеуправления и многоканальных системах сбора и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472287
Дата охранного документа: 10.01.2013
27.04.2013
№216.012.3b2d

Трансформаторный преобразователь угловых перемещений

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения угловых перемещений в авиационной технике, в том числе в различных цепях управления электротехнических, электромеханических устройств. Сущность: преобразователь содержит цилиндрический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480710
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.06.2013
№216.012.4e46

Способ изготовления микромеханического вибрационного гироскопа

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при изготовлении микромеханических гироскопов для измерения угловой скорости. В способе изготовления микромеханического вибрационного гироскопа механическую структуру с крестообразными торсионами формируют из пластины...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485620
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.07.2013
№216.012.54cf

Вихретоковый преобразователь перемещений

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: преобразователь содержит керамический каркас 5, заключенный в керамический корпус преобразователя 2, измерительную 3 и компенсационную 4 катушки индуктивности, намотанные в пазах керамического каркаса 5. Катушки 3 и 4 идентичны по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487314
Дата охранного документа: 10.07.2013
10.08.2013
№216.012.5e08

Способ изготовления тонкопленочного датчика давления

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления в условиях воздействия нестационарных температур и повышенных виброускорений. При изготовлении тонкопленочного датчика...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489693
Дата охранного документа: 10.08.2013
20.08.2013
№216.012.61f3

Имитатор выходных сигналов тензорезисторов

Изобретение относится к технике метрологии для проверки и аттестации вторичных тензоизмерительных приборов. Техническим результатом является расширение диапазона задания напряжения разбаланса измерительных тензомостов за счет автоматического поддержания напряжения разбаланса, зависящего только...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490707
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.6243

Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения

Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения относится к измерительной технике и может быть использован в системах автоматического измерения, управления и аварийной защиты, в состав которых входят датчики, вырабатывающие двухполярные сигналы, в частности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490787
Дата охранного документа: 20.08.2013
10.09.2013
№216.012.68a8

Устройство для измерения давления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении давлений измерительными устройствами, построенными на базе тензорезисторных мостов. Устройство содержит тензорезисторный мост, входная диагональ которого подключена к его источнику питания, дифференциальный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492439
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.11.2013
№216.012.7f39

Тензорезисторный преобразователь силы

Изобретение может быть использовано для измерения малых давлений с повышенной чувствительностью и точностью. Тензорезисторный преобразователь силы содержит упругий элемент, выполненный за одно целое с опорном кольцом. Упругий элемент выполнен с четырьмя сквозными отверстиями с поперечными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498242
Дата охранного документа: 10.11.2013
Показаны записи 1-10 из 40.
10.01.2013
№216.012.19e9

Датчик давления тензорезистивного типа с тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системой

Датчик давления с тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системой (НиМЭМС) предназначен для использования при воздействии нестационарных температур и повышенных виброускорений. Датчик давления тензорезистивного типа с тонкопленочной нано- и микроэлектромеханической системой (НиМЭМС)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472125
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.1a8b

Способ и устройство для цифрового сжатия и восстановления сигналов

Изобретение относится к области цифровой обработки сигналов и информационно-измерительной техники и может быть использовано для анализа, сжатия-восстановления и выделения информативных колебательных компонент сигналов в системах телеметрии, телеуправления и многоканальных системах сбора и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472287
Дата охранного документа: 10.01.2013
27.04.2013
№216.012.3b2d

Трансформаторный преобразователь угловых перемещений

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения угловых перемещений в авиационной технике, в том числе в различных цепях управления электротехнических, электромеханических устройств. Сущность: преобразователь содержит цилиндрический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480710
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.06.2013
№216.012.4e46

Способ изготовления микромеханического вибрационного гироскопа

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при изготовлении микромеханических гироскопов для измерения угловой скорости. В способе изготовления микромеханического вибрационного гироскопа механическую структуру с крестообразными торсионами формируют из пластины...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485620
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.07.2013
№216.012.54cf

Вихретоковый преобразователь перемещений

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: преобразователь содержит керамический каркас 5, заключенный в керамический корпус преобразователя 2, измерительную 3 и компенсационную 4 катушки индуктивности, намотанные в пазах керамического каркаса 5. Катушки 3 и 4 идентичны по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487314
Дата охранного документа: 10.07.2013
10.08.2013
№216.012.5e08

Способ изготовления тонкопленочного датчика давления

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления в условиях воздействия нестационарных температур и повышенных виброускорений. При изготовлении тонкопленочного датчика...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489693
Дата охранного документа: 10.08.2013
20.08.2013
№216.012.61f3

Имитатор выходных сигналов тензорезисторов

Изобретение относится к технике метрологии для проверки и аттестации вторичных тензоизмерительных приборов. Техническим результатом является расширение диапазона задания напряжения разбаланса измерительных тензомостов за счет автоматического поддержания напряжения разбаланса, зависящего только...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490707
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.6243

Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения

Формирователь импульсов из сигналов индукционных датчиков частоты вращения относится к измерительной технике и может быть использован в системах автоматического измерения, управления и аварийной защиты, в состав которых входят датчики, вырабатывающие двухполярные сигналы, в частности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490787
Дата охранного документа: 20.08.2013
10.09.2013
№216.012.68a8

Устройство для измерения давления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении давлений измерительными устройствами, построенными на базе тензорезисторных мостов. Устройство содержит тензорезисторный мост, входная диагональ которого подключена к его источнику питания, дифференциальный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492439
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.11.2013
№216.012.7f39

Тензорезисторный преобразователь силы

Изобретение может быть использовано для измерения малых давлений с повышенной чувствительностью и точностью. Тензорезисторный преобразователь силы содержит упругий элемент, выполненный за одно целое с опорном кольцом. Упругий элемент выполнен с четырьмя сквозными отверстиями с поперечными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498242
Дата охранного документа: 10.11.2013

Похожие РИД в системе