本发明涉及半导体器件,具体涉及一种铂薄膜温度传感器及其制备方法。
背景技术:
1、铂薄膜温度传感,是一种通过铂金属的电阻随温度变化而变化,电阻与温度呈现稳定的线性关系特征而对环境进行测温的电子元件。
2、目前,在制备铂薄膜温度传感器时,通常在衬底材料上制作缓冲层,在缓冲层之上制作铂薄膜层,对铂薄膜层进行热处理,然后将铂薄膜层连接至铂导线,以及进行传感器封装,即可得到铂薄膜温度传感器。
3、然而,虽然铂金属具有较好的化学稳定性,但在热处理过程中,铂薄膜容易出现细微的穿孔,这影响了铂薄膜温度传感器的响应性能,以及在日常使用过程中,铂薄膜上的穿孔容易导致铂薄膜层出现裂痕,从而导致铂薄膜温度传感器失效。
4、因此,目前还存在铂薄膜温度传感器制备过程中铂薄膜容易出现穿孔而影响传感器性能、降低使用寿命的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种铂薄膜温度传感器及其制备方法,旨在解决现有技术中铂薄膜容易出现穿孔而影响传感器性能、降低使用寿命的问题。
2、本发明的第一方面在于提供一种铂薄膜温度传感器的制备方法,所述制备方法包括:
3、提供一陶瓷衬底;
4、对所述陶瓷衬底的其中一个表面进行碳离子注入,以在所述陶瓷衬底内形成碳离子层;
5、按照预设的掩膜版,对所述碳离子层进行刻蚀,得到位于所述碳离子层中向内凹陷形成的容置槽;
6、在所述容置槽内依次沉积粘附层、第一铂薄膜层与第二铂薄膜层;
7、对所述第二铂薄膜层进行热处理,使所述第二铂薄膜层与所述第一铂薄膜层进行热结合,得到位于所述容置槽内的目标铂薄膜层;
8、对所述目标铂薄膜层进行研磨,使所述目标铂薄膜层在所述容置槽内与所述陶瓷衬底的表面齐平;
9、在所述容置槽的端部,将所述目标铂薄膜层的端部与铂导线的端部进行烧结固定;
10、在所述陶瓷衬底之上沉积封装层,以将所述目标铂薄膜层及其与所述铂导线的结合处进行覆盖,得到铂薄膜温度传感器。
11、根据上述技术方案的一方面,按照预设的掩膜版,对所述碳离子层进行刻蚀,得到位于所述碳离子层中向内凹陷形成的容置槽的步骤,包括:
12、提供一掩膜版,所述掩膜版的内侧镂空;
13、将所述掩膜版对位于所述陶瓷衬底上,使所述陶瓷衬底的内侧经过所述掩膜版的内侧镂空暴露出所述碳离子层的表面,而外围经所述掩膜版进行遮蔽;
14、对所述碳离子层进行刻蚀,去除所述碳离子层的部分材料,得到位于所述碳离子层中向内凹陷形成的容置槽。
15、根据上述技术方案的一方面,对所述碳离子层进行刻蚀,去除所述碳离子层的部分材料,得到位于所述碳离子层中向内凹陷形成的容置槽的步骤,包括:
16、采用干法刻蚀工艺对所述碳离子层进行刻蚀,去除所述碳离子层的部分材料,得到位于所述碳离子层中直通式的第一刻蚀槽;
17、在所述第一刻蚀槽的外侧,对所述碳离子层的内侧壁进行刻蚀,去除所述碳离子层内侧壁的部分材料,得到第二刻蚀槽,使所述第二刻蚀槽与所述第一刻蚀槽连通形成一体结构,得到形成于所述碳离子层中向内凹陷形成的容置槽。
18、根据上述技术方案的一方面,在所述容置槽内依次沉积粘附层、第一铂薄膜层与第二铂薄膜层的步骤,包括:
19、在所述容置槽的所述第一刻蚀槽内依次沉积粘附层、第一铂薄膜层与第二铂薄膜层。
20、根据上述技术方案的一方面,对所述第二铂薄膜层进行热处理,使所述第二铂薄膜层与所述第一铂薄膜层进行热结合,得到位于所述容置槽内的目标铂薄膜层的步骤,包括:
21、在第一热处理条件下,对所述第二铂薄膜层进行预热处理,使所述第二铂薄膜层的温度上升至预设值;
22、当所述第二铂薄膜层的温度上升至预设值时,在第二热处理条件下,对所述第二铂薄膜层进行热处理,使所述第二铂薄膜层与所述第一铂薄膜层产生热结合且边缘抵靠至所述第二刻蚀槽,得到位于所述容置槽内的目标铂薄膜层。
23、根据上述技术方案的一方面,当所述第二铂薄膜层的温度上升至预设值时,在第二热处理条件下,对所述第二铂薄膜层进行热处理,使所述第二铂薄膜层与所述第一铂薄膜层产生热结合且边缘抵靠至所述第二刻蚀槽,得到位于所述容置槽内的目标铂薄膜层的步骤,包括:
24、在所述第二铂薄膜层的温度上升至预设值时,对所述第二铂薄膜层进行保温;
25、在所述第二铂薄膜层的保温过程中,向所述第二铂薄膜层的表面注入铂离子;
26、在第二热处理条件下,对所述第二铂薄膜层进行热处理,使所述第二铂薄膜层与所述第一铂薄膜层产生热结合,且所述铂离子热结合至所述第二铂薄膜层中,得到目标铂薄膜层。
27、根据上述技术方案的一方面,所述第一热处理条件中的预热温度为300℃-350℃,预热时间为10min-15min,并通入氮气构建预热气氛;
28、所述第二热处理条件中的热处理温度为600℃-750℃,热处理时间为30min-1h,并通入氮气构建热处理气氛。
29、本发明的第二方面在于提供一种铂薄膜温度传感器,由上述技术方案当中所述的方法制备,所述铂薄膜温度传感器包括:
30、陶瓷衬底;
31、碳离子层,设于所述陶瓷衬底的内部,且所述碳离子层的表面暴露出所述陶瓷衬底的表面,所述碳离子层的内部开设有容置槽;
32、粘附层,设于所述容置槽内;
33、目标铂薄膜层,在所述容置槽内叠设于所述粘附层之上,包括层叠设置的第一铂薄膜层与第二铂薄膜层,所述第一铂薄膜层与所述第二铂薄膜层热结合形成目标铂薄膜层;
34、铂导线,所述铂导线的端部与所述目标铂薄膜层的端部烧结固定;
35、以及封装层,所述封装层设于所述陶瓷衬底的表面且将所述目标铂薄膜层及其与所述铂导线的结合处覆盖。
36、根据上述技术方案的一方面,所述容置槽包括第一刻蚀槽与第二刻蚀槽,所述第一刻蚀槽为直通式结构,所述第二刻蚀槽位于所述第一刻蚀槽的外侧、所述碳离子层的内侧壁,所述第一刻蚀槽与所述第二刻蚀槽联通。
37、根据上述技术方案的一方面,所述粘附层、所述第一铂薄膜层与所述第二铂薄膜层的外围抵靠在所述第二刻蚀槽内。
38、与现有技术相比,采用本发明所示的铂薄膜温度传感器及其制备方法,有益效果在于:
39、通过提供一陶瓷衬底,对陶瓷衬底的其中一个表面进行碳离子注入以得到碳离子层,然后对碳离子层进行刻蚀形成置槽,在容置槽内依次沉积粘附层、第一铂薄膜层与第二铂薄膜层,对第二铂薄膜层进行热处理,使第二铂薄膜层与第一铂薄膜层进行热结合,得到位于容置槽内的目标铂薄膜层,有利于减少铂薄膜中穿孔的产生,以及对目标铂薄膜层进行研磨,使目标铂薄膜层在容置槽内与陶瓷衬底的表面齐平,降低传感器的高度尺寸,以及在容置槽的端部,将目标铂薄膜层的端部与铂导线的端部进行烧结固定,在陶瓷衬底之上沉积封装层,以将目标铂薄膜层及其与铂导线的结合处进行覆盖,得到铂薄膜温度传感器。则本发明所示方法通过预先制作碳离子层并刻蚀容置槽,在容置槽内沉积双层的铂薄膜层,通过使双层的铂薄膜层进行热结合能够减少穿孔甚至是防止穿孔的产生,以提升本发明中目标铂薄膜层的响应性能,保证了铂薄膜温度传感器的使用寿命。
1.一种铂薄膜温度传感器的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括:
2.根据权利要求1所述的铂薄膜温度传感器的制备方法,其特征在于,按照预设的掩膜版,对所述碳离子层进行刻蚀,得到位于所述碳离子层中向内凹陷形成的容置槽的步骤,包括:
3.根据权利要求2所述的铂薄膜温度传感器的制备方法,其特征在于,对所述碳离子层进行刻蚀,去除所述碳离子层的部分材料,得到位于所述碳离子层中向内凹陷形成的容置槽的步骤,包括:
4.根据权利要求3所述的铂薄膜温度传感器的制备方法,其特征在于,在所述容置槽内依次沉积粘附层、第一铂薄膜层与第二铂薄膜层的步骤,包括:
5.根据权利要求4所述的铂薄膜温度传感器的制备方法,其特征在于,对所述第二铂薄膜层进行热处理,使所述第二铂薄膜层与所述第一铂薄膜层进行热结合,得到位于所述容置槽内的目标铂薄膜层的步骤,包括:
6.根据权利要求5所述的铂薄膜温度传感器的制备方法,其特征在于,当所述第二铂薄膜层的温度上升至预设值时,在第二热处理条件下,对所述第二铂薄膜层进行热处理,使所述第二铂薄膜层与所述第一铂薄膜层产生热结合且边缘抵靠至所述第二刻蚀槽,得到位于所述容置槽内的目标铂薄膜层的步骤,包括:
7.根据权利要求6所述的铂薄膜温度传感器的制备方法,其特征在于,所述第一热处理条件中的预热温度为300℃-350℃,预热时间为10min-15min,并通入氮气构建预热气氛;
8.一种铂薄膜温度传感器,其特征在于,由权利要求1-7任一项所述的方法制备,所述铂薄膜温度传感器包括:
9.根据权利要求8所述的铂薄膜温度传感器,其特征在于,所述容置槽包括第一刻蚀槽与第二刻蚀槽,所述第一刻蚀槽为直通式结构,所述第二刻蚀槽位于所述第一刻蚀槽的外侧、所述碳离子层的内侧壁,所述第一刻蚀槽与所述第二刻蚀槽联通。
10.根据权利要求9所述的铂薄膜温度传感器,其特征在于,所述粘附层、所述第一铂薄膜层与所述第二铂薄膜层的外围抵靠在所述第二刻蚀槽内。