用于金属氧化物半导体式传感器银电极和电阻的制备方法
【专利摘要】本发明公开一种用于金属氧化物半导体式传感器银电极和电阻的制备方法，该方法使用磁控溅射技术，室温下在清洗干净的Al2O3陶瓷基底上（覆盖上预先加工好的掩模板（图1））沉积Ag电极和电阻，通过调整溅射时间和功率来改变Ag电极和电阻的厚度，最终可得到50～500nm厚的Ag电极和电阻。由于十字交叉电极和迂回电阻可增加其与氧化物薄膜感应材料的接触面积；另外，磁控溅射法具有设备简单、价格便宜、成膜均匀、可用于大面积制膜等优点，该制备方法可在工业化生产中的得到广泛应用。
【专利说明】用于金属氧化物半导体式传感器银电极和电阻的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种银电极和电阻的制备方法，具体是涉及用磁控溅射技术在Al2O3陶瓷基底上制备Ag电极和电阻，属于微观科学领域的Ag电极和电阻的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着传感器在工业及日常生活中的应用逐渐增加，传感技术也将是未来最重要的关键技术之一。金属氧化物半导体式传感器是利用待测气体与金属氧化物表面接触时，气体分子在薄膜表面进行还原反应以引起传感器电导率的变化来检测气体。为了消除气体分子达到初始状态就必须发生一次氧化反应，传感器内的加热器可以加速氧化过程，这也是为什么有些低端传感器总是不稳定，其原因就是没有加热或加热电压过低导致温度太低反应不充分。因此，都必须在传感器敏感元件上涂覆或镀上一层电极和电阻。
[0003]要求制造电极的材料有足够的电导率、热导率和高温硬度，电极的结构必须有足够的强度和刚度，以及充分冷却的条件。此外，电极与工件间的接触电阻应足够低，以防止工件表面熔化或电极与工件表面之间的合金化。加热电阻材料需电阻温度系数要尽可能大和稳定，电阻值与温度之间应具有良好的线性关系；电阻率高，热容量小，反应速度快。目前，市场上所售的金属氧化物半导体式传感器多为两条带状Pt电极和Pt (或RuO2)电阻。但Pt和RuO2的价格均较贵，为了降低生产成本，急需一种替代材料或新的加工工艺。
[0004]十字交叉电极的使用，增加了电极与金属氧化物薄膜材料的接触面积，提高了导电率，从而能够获 得更优化的检测数据；迂回电阻同样也增加了和感应材料的面积，加速气体分子的氧化过程，提高传感器的响应时间。
[0005]电极和电阻是一种工业生产的消耗品，用量比较大，因而其价格成本也是一个考虑的重要因素，Ag相对其优良的性能来说，价格比较便宜，能满足生产的需要。
【发明内容】
[0006]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种在Al2O3陶瓷片上制备用于半导体氧化物式气体传感器检测的Ag电极和电阻的方法。
[0007]—种用于金属氧化物半导体式传感器银电极和电阻的制备方法，其特征在于，将清洗干净的三氧化二铝陶瓷片置于磁控溅射腔内，表面覆盖上预先用激光技术加工好的掩膜板，利用磁控溅射镀膜技术在纯氩气气氛下溅射银原子，得到厚度为50~500nm的银电极和电阻；具体步骤如下:
(1)三氧化二铝陶瓷片的清洗:依次用丙酮、酒精以及去离子水超声清洗；
(2)在三氧化二铝陶瓷片表面覆盖上同等尺寸的，已用激光加工好的刚性掩膜板；
(3)溅射银电极和电阻:采用直流溅射银靶，溅射气体为纯氩气。
[0008]所述三氧化二铝陶瓷片为不导电的基底。
[0009]所述覆盖的掩膜板为预先经过激光切割加工而成，掩模板上为所需制备的电极和电阻形状的开孔。[0010]步骤(1)所述丙酮、酒精以及去离子水清洗的时间为10~30分钟。
[0011]步骤(2)所述本底真空度小于5.0X10_4Pa，调苄基片与靶材的距离为10~20厘米，选用99.99%的纯银靶作为银电极和电阻沉积的溅射靶。
[0012]步骤(3)所述银靶采用直流溅射，溅射功率为20~80W，溅射时间为2~20分钟。
[0013]步骤(3)所述纯氩气的纯度为99.99%以上，气体压强为0.3~1.6Pa。
[0014]步骤(3)所述三氧化二铝陶瓷基底不需要加热。
[0015]与现有技术相比，本发明利用磁控溅射方法，室温下在清洗干净的Al2O3陶瓷片上沉积Ag电极和电阻，通过改变溅射时间和功率来改变电极跟电阻的厚度，最终可得到50-500nm厚的Ag电极和电阻。可用于电化学的分析、光学性能的分析以及材料检测等领域。由于磁控溅射法具有设备简单、价格便宜、成膜均匀、可用于大面积制膜等优点，该制备方法可在工业化生产中得到广泛应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为十字交叉电极形状。
[0017]图2电阻形状。
[0018]图3掩模板尺寸和形状。
[0019]图4为本发明实施例1磁控溅射后Ag薄膜电极(a)和电阻(b)的SEM像。
[0020]从图中可以看出`Ag薄膜电极和电阻较均匀、致密。
【具体实施方式】
[0021]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0022]实施例1:
(1)将Al2O3陶瓷片依次在丙酮、酒精以及去离子水中超声清洗IOmin；
(2)在Al2O3陶瓷基片上覆盖上预先加工过的刚性电极掩模板；
(3)将(2)中的陶瓷片置于磁控溅射腔内，采用直流溅射银靶，溅射功率40W，溅射时间20min，纯氩气流量30SCCm，背底真空度4.0X 10_4Pa，溅射气压0.3pa，最终获得Ag电极厚度为490nm ；
(4)取出陶瓷片，在另一面覆盖上预先加工过的刚性电阻掩模板，并置于磁控溅射腔内，采用直流溅射银靶，溅射功率40W，溅射时间20min，纯氩气流量30sCCm，背底真空度
4.0X l(T4Pa，溅射气压0.3Pa，最终获得Ag电阻厚度为490nm。
[0023]实施例2:
(1)将Al2O3陶瓷片依次在丙酮、酒精以及去离子水中超声清洗IOmin；
(2)在Al2O3陶瓷基片上覆盖上预先加工过的刚性掩模板；
(3)将(2)中覆盖有掩模板的陶瓷片置于磁控溅射腔内，采用直流溅射银靶，溅射功率40W，溅射时间lOmin，纯氩气流量30sccm，背底真空度4.0X10_4Pa，溅射气压0.3Pa，最终获得Ag电极厚度为240nm ；
(4)取出陶瓷片，在另一面覆盖上预先加工过的刚性电阻掩模板，并置于磁控溅射腔内，采用直流溅射银靶，溅射功率40W，溅射时间20min，纯氩气流量30sCCm，背底真空度4.0X l(T4Pa，溅射气压0.3Pa，最终获得Ag电阻厚度为240nm。
[0024]尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因`此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【权利要求】
1.一种用于金属氧化物半导体式传感器银电极和电阻的制备方法，其特征在于，将清洗干净的三氧化二铝陶瓷片置于磁控溅射腔内，表面覆盖上预先用激光技术加工好的掩膜板，利用磁控溅射镀膜技术在纯氩气气氛下溅射银原子，得到厚度为50~500nm的银电极和电阻；具体步骤如下: (1)三氧化二铝陶瓷片的清洗:依次用丙酮、酒精以及去离子水超声清洗； (2)在三氧化二铝陶瓷片表面覆盖上同等尺寸的，已用激光加工好的刚性掩膜板； (3)溅射银电极和电阻:采用直流溅射银靶，溅射气体为纯氩气。
2.根据权利要求1所述用于金属氧化物半导体式传感器银电极和电阻的制备方法，其特征在于，所述三氧化二铝陶瓷片为不导电的基底。
3.根据权利要求1所述用于金属氧化物半导体式传感器银电极和电阻的制备方法，其特征在于，所述覆盖的掩膜板为预先经过激光切割加工而成，掩模板上为所需制备的电极和电阻形状的开孔。
4.根据权利要求1所述用于金属氧化物半导体式传感器银电极和电阻的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述丙酮、酒精以及去离子水清洗的时间为10~30分钟。
5.根据权利要求1所述用于金属氧化物半导体式传感器银电极和电阻的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述本底真空度小于5.0X10_4Pa，调苄基片与靶材的距离为10~20厘米，选用99.99%的纯银靶作为银电极和电阻沉积的溅射靶。
6.根据权利要求1所述用于金属氧化物半导体式传感器银电极和电阻的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述银靶采用直流溅射，溅射功率为20~80W，溅射时间为2~20分钟。
7.根据权利要求1所述用于金属氧化物半导体式传感器银电极和电阻的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述纯氩气的纯度为99.99%以上，气体压强为0.3~1.6Pa。
8.根据权利要求1所述用于金属氧化物半导体式传感器银电极和电阻的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述三氧 化二铝陶瓷基底不需要加热。
【文档编号】C23C14/35GK103805953SQ201210456058
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月14日 优先权日:2012年11月14日
【发明者】张柯, 张小秋, 姜来新, 尹桂林, 何丹农 申请人:上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司