[发明专利]一种金属电阻探测器及其加工方法

说明书

本发明涉及核聚变等离子体测量技术领域，公开了一种金属电阻探测器及其加工方法。其中，金属电阻探测器硅片；在硅片的垂直于厚度方向的一面上通过等离子体增强化学的气相沉积法蒸镀有一层氮化硅薄膜；在硅片上通过聚焦离子束技术蚀刻有多个沿厚度方向贯穿所述硅片的通孔，通孔的一端与所述氮化硅薄膜连接；在每一个通孔区域内的靠近硅片一侧的氮化硅薄膜上通过磁控溅射技术蒸镀有一层金属薄膜；在每一个通孔区域内的远离硅片一侧的氮化硅薄膜上通过光刻技术蚀刻有多条金属电阻丝。本发明可解决由现有技术加工得到的金属电阻器存在基板与金属薄膜之间易脱落且容易引入测量误差的问题。

技术领域

本发明涉及核聚变等离子体测量技术领域，具体而言，涉及一种金属电阻探测器及其加工方法。

背景技术

在核聚变等离子体物理研究装置上，等离子体电磁波辐射是能量损失的一个重要通道，是等离子体能量平衡研究中的重要组成部分。金属电阻探测器是一种测量等离子体辐射功率的有效工具，它的测量原理是，通过金属薄膜吸收等离子体辐射，并通过基板将热传递给背面的金属电阻丝，从而引起电阻丝本身阻值的变化(金属电阻采用热敏电阻)。因此，为了提高探测器的灵敏度，需要减小基板的厚度，增大电阻丝的阻值。通常情况下，采用微米量级的聚酰亚胺薄膜作为基板，但是，金属薄膜与聚酰亚胺之间的结合力比较弱，很容易造成薄膜脱落。同时，如果通过增加金属电阻丝的长度来增加阻值，会由于金属电阻丝区域范围内的温度不均匀而引入误差，并且区域过大会造成测量系统的空间分辨下降；如果通过减小电阻丝截面积来增加阻值，会由于截面积太小而引入量子效应从而造成测量误差增加。此外，在很小的一片基板上需要进行多次镀膜工艺流程才能实现探测器的功能，相互交叉的镀膜工艺也会造成不同薄膜之间的污染，造成探测器研制失败。

有鉴于此，特提出本申请。

发明内容

为了解决由现有技术加工得到的金属电阻器存在基板与金属薄膜之间易脱落且容易引入测量误差的问题，本发明提供一种金属电阻探测器及其加工方法，通过下述技术方案实现：

一方面提供一种金属电阻探测器，包括硅片；在硅片的垂直于厚度方向的一面上通过等离子体增强化学的气相沉积法蒸镀有一层氮化硅薄膜；在硅片上通过聚焦离子束技术蚀刻有多个沿厚度方向贯穿所述硅片的通孔，通孔的一端与所述氮化硅薄膜连接；在每一个通孔区域内的靠近硅片一侧的氮化硅薄膜上通过磁控溅射技术蒸镀有一层金属薄膜；在每一个通孔区域内的远离硅片一侧的氮化硅薄膜上通过光刻技术蚀刻有多条金属电阻丝。

其中，氮化硅薄膜的厚度为15μm；通孔为4mm*1.5mm的矩形通孔；金属薄膜的厚度为4μm，金属薄膜的材质为金属金或金属铂。

并且，金属电阻丝呈波浪形弯折；多条金属丝通过相邻波峰或相邻波谷之间的间隙彼此嵌套在一起。多个通孔对应的多条金属电阻丝连接成电桥结构。

此外，在远离所述硅片一侧的氮化硅薄膜上通过磁控溅射技术蒸镀有多条导线和多个电桥结构引脚。导线的一端与所述金属电阻丝连接，导线的另一端与电桥结构引脚连接。

另一方面，提供一种金属电阻探测器的加工方法，包括以下步骤：选择硅片作为基板，采用等离子体增强化学的气相沉积法在硅片的垂直于厚度方向的一面上蒸镀一层氮化硅薄膜；采用聚焦离子束技术在硅片上沿厚度方向蚀刻多个贯穿硅片的通孔，使通孔的一端与氮化硅薄膜连接；采用磁控溅射技术在每一个通孔区域内的靠近硅片一侧的氮化硅薄膜上蒸镀一层金属薄膜；采用光刻技术在每一个通孔区域内的远离硅片一侧的氮化硅薄膜上蚀刻多条金属电阻丝；采用磁控溅射技术在远离硅片一侧的氮化硅薄膜上蒸镀多条导线和多个电桥结构引脚；将导线的一端与金属电阻丝连接，将导线的另一端与电桥结构引脚连接。

其中，蚀刻多条所述金属电阻丝包括以下步骤：将每条金属电阻丝蚀刻为波浪形弯折的形状；将多条呈波浪形弯折的金属电阻丝通过相邻波峰或相邻波谷间的间隙彼此嵌套在一起；将多个通孔对应的多条金属电阻丝连接成电桥结构。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：