[发明专利]一种基于超高电阻温度系数非晶态碳膜的温度传感器芯片

说明书

技术领域

本发明涉及温度传感器芯片技术领域，特别涉及一种基于超高电阻温度系数(TCR)非晶态碳膜的温度传感器芯片。

背景技术

温度传感器是发展最快、应用范围最广的一类传感器，以性能优越的NTC热敏电阻作为敏感元件的温度传感器得到了各行各业的青睐。

传统的NTC热敏电阻一般是由Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mg等过渡族金属的氧化物或其它化合物，根据性能要求的不同，进行不同配比混合、成型、烧结而成的热敏半导体陶瓷。因此，传统NTC热敏电阻制备工艺复杂，且必须要在高温条件下完成，能量消耗较大；与 MEMS传感器集成化难度大，比如无法在同一芯片上与MEMS压力或加速度传感器集成；机械性能欠佳，限制了其在一些恶劣环境下的应用，缩减了传感器的寿命。为了提高温度传感器的灵敏度，敏感元件的电阻温度系数还需进一步提高。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于超高电阻温度系数非晶态碳膜的温度传感器芯片，制备简单，制备过程中耗费能量低，经济效益好；可与MEMS工艺融合，设计MEMS 集成传感器；机械性能优越，具有低摩擦系数、耐腐蚀，耐磨等优良特性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于超高电阻温度系数非晶态碳膜的温度传感器芯片，包括镀有氮化硅层的硅片基底4，硅片基底4表面采用离子蒸汽沉积超高 TCR非晶碳膜1，超高TCR非晶碳膜1表面溅射第一金电极2，在硅片基底4表面制作二氧化硅保护层3，之后进行二氧化硅层刻蚀使第一金电极2裸露，将硅片基底4固定在PCB板7上，使用金丝5键合连接第一金电极2和第二金电极6,最终通过引线孔8接入电路。

一种基于超高电阻温度系数非晶态碳膜的温度传感器芯片的制备方法，包括以下步骤：

1)使用镀有氮化硅层的硅片基底4作为基底，在氮化硅层上制作铝掩蔽；

2)将硅片基底4放入离子蒸气腔体内，对腔体进行抽真空操作，使基准压强小于3×10^-3Pa；

3)向腔室内通入C₇H₈，通过热灯丝使其低离子化，形成碳源，工作压强为0.1Pa～0.4Pa，硅片基底4的偏压为-2KV，在200℃条件下溅射3小时，得到超高TCR非晶碳膜1；

4)使用铝腐蚀液腐蚀掉铝掩蔽，使用光刻胶制作电极掩蔽，之后溅射第一金电极2，使用丙酮进行剥离；

5)使用PECVD工艺在硅片基底4表面制作二氧化硅保护层3，使用光刻胶制作二氧化硅刻蚀掩蔽，之后进行二氧化硅层的刻蚀使第一金电极2露出；

6)将硅片基底4固定在PCB板7上，使用金丝5键合连接第一金电极2和第二金电极6。

所述的超高TCR非晶碳膜1内sp³杂化成分绝缘性好，导电sp²团簇分布于基体中，电子输运是由sp²团簇与sp³基底间的跳跃机制控制，电阻率受到导电sp²团簇的尺寸和相邻两个sp²团簇间的距离影响。

所述的超高TCR非晶碳膜1的摩擦系数为0.13，使用100Cr2钢压头，在接触压强为0.6GPa磨损实验中，测得磨损寿命达7万圈。本发明的有益效果为：

由于本发明采用了超高TCR非晶碳膜1，使得温度传感器具有以下特点：1.高测量电阻灵敏度，制备的超高TCR非晶碳膜1的TCR 值高达上万ppm/℃，对二次仪表的要求低，非常适合测量微弱的温度变化；2.制备过程功耗低，制备工艺简单，经济效益高；3.可与 MEMS工艺融合，实现MEMS多功能传感器的集成；4.机械性能好，耐磨，耐腐蚀，由于超高TCR非晶碳膜1具有低摩擦系数，耐磨等特点，引入这种电阻会使得传感器具有较长的寿命，适合恶劣环境下的应用，具有很大的市场效益和经济价值。

附图说明

图1为本发明的正视图。

图2为本发明的俯视图。

图3为在工作压强为0.1Pa，硅片基底的偏压为-2KV制备参数下的温度传感器温度-电阻曲线图。

图4为超高TCR非晶碳膜热敏原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细描述。