专利名称：一种低阻高tcr非晶硅薄膜电阻及其制备方法
技术领域：
本发明属于电子元器件技术领域，涉及热敏薄膜电阻，具体涉及一种低阻高TCR 非晶硅薄膜电阻及其制备方法。
背景技术：
自从红外辐射被发现以来，人类对红外技术的探索就没有中断过。红外辐射占据 着电磁波段的0. 8 1000 μ m的范围，反映了具有一定温度物体的热特性，包含有相当多的 信息量，因此红外辐射提供了周边事物的丰富信息，充分利用这些信息有助于人们了解客 观世界。红外探测技术作为对人类感官的补充和扩展，在民用和军用方面得到了广泛的应 用。而所有物体都能向外进行红外辐射，利用这一特性，可以让目标物体的红外辐射被某种 热敏感薄膜所吸收，引起热敏感薄膜温度的改变。由于热敏感薄膜具有温度_电阻(TCR) 特性，所以其电阻将发生一定的变化，并通过其中的电学通道将这种变化传递给敏感薄膜 附带的读出电路，从而检测出该电阻值的变化，最终实现对红外辐射的探测。这种利用薄膜电阻的热电特性来测量红外辐射是目前研究红外探测技术的主要 方法之一。因此，温度灵敏度高、制备方法与常规IC工艺兼容的热敏感薄膜电阻材料，已成 为人们研究的热点之一。近年来，人们对敏感材料和敏感元器件进行了大量研究，其中包括 非晶硅薄膜、氧化钒薄膜、掺P薄膜、掺N薄膜、Pt金属薄膜和BaSrTi03铁电薄膜等。非晶硅作为一种常用的半导体材料，具有光吸收系数大、电阻温度系数(TCR)高 以及与半导体工艺兼容等优点，有着良好的应用前景，是当前非晶半导体材料和器件的研 究重点和核心。非晶硅薄膜具有十分独特的物理性能和工艺性能，广泛应用于太阳能电池、 薄膜晶体管、红外探测、氢敏二极管等元器件，可用作大面积、高效率太阳能电池材料、大屏 幕液晶显示、制作非晶硅传感器和非晶电致发光器件等，受到科技界和工业界的高度重视。而非晶硅薄膜具有工艺简单、制备温度低等优点，不但具有高的电阻温度系数 (TCR)，而且能与传统IC工艺兼容，对于制备优良性能的热敏感薄膜具有极大的潜力。目前常用的非晶硅薄膜电阻，如图1所示，是在非晶硅薄膜的两端平行蒸镀两块 金属电极，利用测试样品两端电势差的方法，测量薄膜电阻率，进而通过计算得到薄膜的电 阻值。这种采用平行电极的非晶硅薄膜电阻，其电阻值很大(兆欧级)，难以使用于红外辐 射探测领域(用于红外辐射探测的非晶硅薄膜电阻，要求“低阻、高TCR”)。
发明内容
本发明提供一种低阻高TCR非晶硅薄膜电阻及其制备方法，在不改变薄膜制备条 件的前提下，通过改变电极形状和结构，将常规非晶硅薄膜电阻“高阻、高TCR”的特性改变 成“低阻、高TCR”的特性。本发明技术方案如下一种低阻高TCR非晶硅薄膜电阻，如图2所示，包括玻璃衬底1、非晶硅薄膜2、金 属电极3。所述非晶硅薄膜2由薄膜沉积工艺沉积于玻璃衬底1上；所述金属电极3由薄
3膜沉积工艺沉积于非晶硅薄膜2上；所述金属电极3为一对叉指电极。所述叉指电极可包 含一个或多个叉指周期。一种低阻高TCR非晶硅薄膜电阻的制备方法，包括以下步骤步骤1 在玻璃衬底1表面沉积非晶硅薄膜。步骤2 利用磁控溅射设备或真空镀膜机，在非晶硅薄膜2上沉积一层金属。步骤3 采用光刻工艺，将非晶硅薄膜表面的金属层刻蚀成叉指电极形状。上述电极材料可用铜、铝、钨、钛、钼、镍铬合金或者任何一种它们的合金。本发明有益效果在于在具有高电阻温度系数(TCR)和较高室温方块电阻的非晶 硅薄膜上，利用这种叉指电极结构，可以方便地控制非晶硅薄膜电阻的大小，使其等效输出 电阻值明显降低，进而使具有叉指状电极的非晶硅薄膜的总体输出电阻值变小，但TCR保 持不变，具有较高值。该叉指结构可以含有一个或多个叉指周期，但经过理论计算，一个或 多个周期对电阻值的影响情况基本相同，没有太大的区别。此外，薄膜的输出电阻值较之前 相比，下降程度明显，在工艺条件允许的情况下，最少可降阻17倍，最大可降阻40倍。即可 将兆欧(ΜΩ)级别的薄膜电阻降至千欧(ΚΩ)级别，所降幅度达到1 2个数量级，降阻效 果显著，适于制备性能优良的低阻高TCR非晶硅薄膜电阻。
图1是常规非晶硅薄膜电阻结构示意图。其中1是玻璃衬底，2是非晶硅薄膜，3 是金属电极。图2是本发明提供的非晶硅薄膜电阻结构示意图。其中叉指电极包括一个叉指周 期。图3是本发明提供的非晶硅薄膜电阻结构示意图。其中叉指电极包括两个叉指周 期。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的说明。一种低阻高TCR非晶硅薄膜电阻，如图2所示，包括玻璃衬底1、非晶硅薄膜2、金 属电极3。所述非晶硅薄膜2由薄膜沉积工艺沉积于玻璃衬底1上；所述金属电极3由薄 膜沉积工艺沉积于非晶硅薄膜2上；所述金属电极3为一对叉指电极。所述叉指电极可包 含一个或多个叉指周期。一种低阻高TCR非晶硅薄膜电阻的制备方法，包括以下步骤步骤1 利用PECVD工艺在玻璃衬底1表面沉积非晶硅薄膜。步骤2 利用磁控溅射设备或真空镀膜机，在非晶硅薄膜2上沉积一层金属。步骤3 采用光刻工艺，将非晶硅薄膜表面的金属层刻蚀成叉指电极形状。具体过 程为首先清洁非晶硅薄膜表面的金属层，烘烤除去水汽后，在金属层表面涂覆光刻胶；然 后采用具有叉指结构的光刻掩膜板，利用光刻机对涂覆的光刻胶进行曝光，显影后剥离不 需要的光刻胶；最后利用干法刻蚀气体进行刻蚀，去除剩于的光刻胶，在非晶硅薄膜2表面 得到具有叉指结构的金属电极3。上述步骤2中所述金属层材料可用铜、铝、钨、钛、钼、镍铬合金或者任何一种它们的合金。
权利要求
一种低阻高TCR非晶硅薄膜电阻，包括玻璃衬底(1)、非晶硅薄膜(2)、金属电极(3)；所述非晶硅薄膜(2)由薄膜沉积工艺沉积于玻璃衬底(1)上；所述金属电极(3)由薄膜沉积工艺沉积于非晶硅薄膜(2)上；其特征在于，所述金属电极(3)为一对叉指电极。
2.根据权利要求1所述的低阻高TCR非晶硅薄膜电阻，其特征在于，所述叉指电极包含 一个或多个叉指周期。
3.根据权利要求1所述的低阻高TCR非晶硅薄膜电阻，其特征在于，所述金属电极(3) 材料为铜、铝、钨、钛、钼、镍铬合金或者任何一种它们的合金。
4.一种低阻高TCR非晶硅薄膜电阻的制备方法，包括以下步骤步骤1 在玻璃衬底(1)表面沉积非晶硅薄膜；步骤2 利用磁控溅射设备或真空镀膜机，在非晶硅薄膜(2)上沉积一层金属；步骤3 采用光刻工艺，将非晶硅薄膜表面的金属层刻蚀成叉指电极形状。
5.根据权利要求5所述的低阻高TCR非晶硅薄膜电阻的制备方法，其特征在于，步骤1 在在玻璃衬底(1)表面沉积非晶硅薄膜时，采用的是PECVD工艺。
6.根据权利要求5所述的低阻高TCR非晶硅薄膜电阻的制备方法，其特征在于，步骤3 将非晶硅薄膜表面的金属层刻蚀成叉指电极形状的具体光刻工艺过程为首先清洁非晶硅 薄膜(2)表面的金属层，烘烤除去水汽后，在金属层表面涂覆光刻胶；然后采用具有叉指结 构的光刻掩膜板，利用光刻机对涂覆的光刻胶进行曝光，显影后剥离不需要的光刻胶；最后 利用干法刻蚀气体进行刻蚀，去除剩于的光刻胶，在非晶硅薄膜(2)表面得到具有叉指结 构的金属电极(3)。
7.根据权利要求5所述的低阻高TCR非晶硅薄膜电阻的制备方法，其特征在于，步骤2 中所述金属层材料为铜、铝、钨、钛、钼、镍铬合金或者任何一种它们的合金。
全文摘要
本发明公开了一种低阻高TCR非晶硅薄膜电阻结构及其制备方法，包括玻璃衬底1、非晶硅薄膜2、矩形电极3，先在玻璃衬底1上沉积非晶硅薄膜2，随后在非晶硅薄膜2上制备矩形电极3，电极结构分布如同形成形状像两只手的手指交叉状，即叉指状，形成一个叉指电极。本发明有益效果在于在具有高电阻温度系数(TCR)和较高室温方块电阻的非晶硅薄膜上，利用这种叉指电极结构，可以方便地控制电极自身电阻的大小，使其等效输出电阻值明显降低，进而使具有叉指状电极的非晶硅薄膜的总体输出电阻值变小，但TCR保持不变，具有较高值，从而有效地达到低阻高TCR非晶硅薄膜电阻结构及其制备方法的实现。
文档编号H01C7/02GK101950643SQ20101024689
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者傅俊威, 吴茂阳, 李伟, 祁康成, 蒋亚东 申请人:电子科技大学