面向MEMS应变传感器的NiCr薄膜制备工艺研究

目的选择NiCr作为应变传感器的敏感层,探究磁控溅射NiCr薄膜过程中,溅射功率、氩气流量、基底温度对薄膜质量的影响规律,获得最佳的制备工艺参数。方法选用纯度≥99.99%的3英寸(1英寸=2.54 cm)NiCr靶材,采用直流溅射的方式在硅片基底上沉积薄膜,溅射室本底真空度为5×10−5 Pa,氩气工作气压为1.2 Pa,自转转速为5 r/min,偏压为20 V,采用离子源(工作气压0.8 Pa,电流2 A)对硅基样品清洗5 min,基片自转转速为5 r/min,溅射时间为30 min。利用原子力显微镜和微电阻计测量薄膜的厚度、粗糙度和电阻率。结果在溅射功率由40 W增加到200 W过程中,平均粗糙度增加了7.99 nm,平均膜厚增加了258.92 nm,电阻率减小了7×10−10Ω·m。在氩气流量由20 mL/min增加到60 mL/min过程中,平均粗糙度减小了1.7 nm,平均膜厚增加了76 nm,电阻率减小了2×10−10Ω·m。在基底温度由25℃增加到200℃过程中,平均粗糙度减小了5.09 nm,平均膜厚增加了7.71 nm,电阻率减小了5×10−10Ω·m。结论功率升高显著提高了沉积速率并降低了电阻率,但会引起表面粗糙度增加;随着氩气流量增加,薄膜厚度也有所增加,粗糙度和电阻率均略有降低;基底温度升高显著降低了粗糙度和电阻率,而对膜厚的影响不大。通过调整3种工艺参数,制备出表面平整、电阻率低的NiCr薄膜,为后续提高传感器性能提供了实验依据。

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本文档关键词:传感器,制备,薄膜,应变,面向