专利名称：基于激光刻蚀方法的阻抗式镍薄膜量热计及其制作方法
技术领域：
本发明属于X射线探测技术领域，尤其是涉及ー种基于激光刻蚀方法的阻抗式镍薄膜量热计及其制作方法。
背景技术：
X射线探测器在測量X射线能量和激光产生的等离子体能量时是非常有用的エ具。如量热法X射线探测器，透视ニ极管，基于硅的探測器等现已被使用，以确定总的X射线通量或能量密度，但它们有一些缺点限制了它们的应用。例如，量热法X射线探测器没有提供时间信息；透视ニ极管由于它可变的光谱灵敏度，使光谱展宽变得困难；基于硅的探测器受无感层效应和高灵敏度要求的限制。因此，需要寻求其他更好的方法。阻抗式薄膜量热计作为ー种准确测量X射线能量的技术已经被广泛应用在美国sandia国家实验室Z箍缩等离子体研究中，而由镍薄膜制成的量热计利用镍薄膜材料电阻率随温度变化几乎呈线性变化的特性被广泛用于测量IKev以下的X射线的能量。另夕卜，在国内，由镍薄膜材料制成的薄膜量热计，已经被成功应用于“强光一号”加速器高功率Z箍缩等离子体辐射的总能量測量。对于这种量热计，所镀薄膜需要满足一定的图案，常用化学刻蚀方法和光刻技术来获得所需的图案。C.G.Mattsson小组曾运用将浓磷酸加热40°C的方法对镍膜进行刻蚀从而形成所要构成的图案，这种方法属于化学腐蚀方法，存在潜在的化学危害，且发生化学反应时，方向性不强，容易导致图案的失真。(C.G.Mattsson,G.Thungstrom>K.Bertilsson>H-E.Nilsson>H.Martin,Fabrication and evaluation of athermal sensorfo rmed on a thin photosensitive epoxy membrane with low thermalconductivity[J], Journal of Physics !Conference Series 100 (2008)082048.)光刻技术需要ー个有部分透光部分不透光的掩模板，通过曝光、显掩模板影、刻蚀等技术获得和掩模板ー样的图案，这种技术具有制作エ艺繁杂、设备昂贵等特点。因此，寻求一种简单、无污染、精度高的刻蚀技术制备薄膜量热计，降低产品的生产成本，是进ー步拓展薄膜量热计应用范围的有效方法。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有薄膜量热计制备技术中制作エ艺繁杂、制备过程有潜在的化学危害、图案易失真等缺点，而提供一种基于激光刻蚀方法的阻抗式镍薄膜量热计及其制作方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:—种基于激光刻蚀方法的阻抗式镍薄膜量热计，该薄膜量热计包括基底和镀制在基底上的镍单层膜。所述的基底为石英玻璃。所述的基底表面的均方根粗糙度大于Onm，小于0.5nm。所述的镍单层膜的厚度为0.5um 2um。
所述的镍单层膜上刻蚀有图案。ー种基于激光刻蚀方法的阻抗式镍薄膜量热计的制作方法，该方法包括以下步骤:首先对基底进行清洗，然后采用直流磁控溅射方法在基底上镀制镍单层膜，最后用激光刻蚀的方法在镍单层膜上刻蚀出图案。所述的对基底进行清洗包括以下步骤:采用有机清洗液超声波清洗8-12分钟，去离子水超声波清洗3-8分钟，MOS级こ醇超声波清洗8-12分钟，去离子水超声波清洗8-12分钟，干燥的纯净氮气吹干，其中所述的有机清洗液为洗洁精，去离子水电阻率< 18MQ。在清洗过程中必须使用MOS级的こ醇，否则无法实现本发明。理论上讲，超生清洗的时间与基底的表面性能有关，附着物较多的基底超声清洗时间较长，而附着物较少的基底超生清洗时间较短；过长的超声清洗会对基底表面起到破坏作用。对于石英玻璃基底，超生时间在8-12分钟内，清洗效果基本相同，为了保证エ艺的稳定和有效性，超声清洗时间优选为10分钟。另外，去离子水清洗主要是为了去除残余的有机清洗液，时间也可以调整，一般在3-8分钟内，效果变化不大。所述的直流磁控溅射方法包括以下步骤:(I)镀制镍单层膜前，调节溅射室的本底真空度低于2X10—4帕斯卡，靶到基底的距离为8厘米；(2)调节磁控溅射的溅射靶枪的工作模式为恒功率溅射，溅射功率为50 60瓦；(3)利用靶和基底之间的机械挡板来控制薄膜的厚度:通过公转电机将基底运动到装有镍靶材料的溅射靶枪上方，移开挡板，开始镀膜，通过镀膜时间来控制镍单层膜的厚度，镍单层膜的镀膜时间为3000 4000秒，当镍单层膜的厚度为Ium时，镀膜时间为3225.8秒；在膜层沉积过程中，基底保持自转，自转速度为30 50转/分钟。对于靶到基底的距离，由于该距离是经过系统优化的參数，因此不能进ー步扩大，否则会影响产品性能。所述的激光刻蚀的方法包括以下步骤:(I)激光刻蚀前，先将刻蚀图案输入到连接激光器的计算机内，将镍单层膜固定在激光输出端的正前方，使激光位于其中心位置；(2)分别调节激光器的的參数，其中，功率为2000 4000mw，刻蚀速率为50 200mm/s,步长为 3 IOum ；(3)利用激光束的运动进行刻蚀；在计算机的控制下，激光束依次扫过镍单层膜将被刻蚀掉的部分，当激光与镍单层膜接触时，激光束便将镍单层膜烧蚀掉，刻蚀出所需图案。所述的激光器所用波长为1064nm，Q开光频率为50KHZ。与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果:1、本发明与现有的化学腐蚀方法和光刻技术制备薄膜量热计相比，克服了传统的薄膜量热计制作エ艺繁杂、制备过程有潜在的化学危害、图案易失真等缺点，采用激光刻蚀的方法制备阻抗式镍薄膜量热计，具有非接触式、无污染和制备エ艺简单的特点，元件性能和制备エ艺得到了很大的提高。2、本发明与现有的化学腐蚀方法和光刻技术制备薄膜量热计相比，采用激光刻蚀的方法制备阻抗式镍薄膜量热计，Ni薄膜不需要打底层，刻蚀部分薄膜无残留，元件精度得到了很大提高。3、本发明提出的这种新型的阻抗式镍薄膜量热计具有价格便宜、易于制作、性能满足实际应用需求等优势，更适于实现此类产品的产业化。
图1为本发明的阻抗式镍薄膜量热计的结构示意图；图2为激光刻蚀镍薄膜量热计的原理图；图3为实施例1制得的阻抗式镍薄膜量热计的结构示意图；图4为实施例2制得的阻抗式镍薄膜量热计的结构示意图；图5为实施例3制得的阻抗式镍薄膜量热计的结构示意图。图中，I为基底，2为镍单层膜，3为激光，4为刻蚀掉的部分，5为残留的镍膜图案。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例1 首先对基底石英玻璃进行清洗，包括以下步骤:采用有机清洗液超声波清洗8-12分钟，去离子水超声波清洗3-8分钟，MOS级こ醇超声波清洗8-12分钟，去离子水超声波清洗8-12分钟，干燥的纯净氮气吹干。有机清洗液采用的是洗洁精，去离子水电阻率彡18MQ。基底表面的均方根粗糙度大于Onm，小于0.5nm。然后在基底石英玻璃上镀制镍单层膜，采用直流磁控溅射方法，包括以下步骤:镀制镍单层膜前，溅射室的本底真空度低于2 X10-4帕斯卡；靶到基底的距离为8厘米；灘射靶枪的工作模式为恒功率溅射，溅射功率为55瓦；利用靶和基底之间的机械挡板来控制薄膜的厚度:通过公转电机将基底运动到装有镍靶材料的溅射靶枪上方，移开挡板，开始镀膜，通过镀膜时间来控制膜层的厚度，实现镍单层膜的制作；镍膜层的镀膜时间约为3225.8秒；在膜层沉积过程中，基底保持自转，自转速度为40转/分钟；制备得到的薄膜量热计如图1所示，包括基底I和镍单层膜2，基底I为石英玻璃；镍单层膜2厚度为lum，镀膜时间为3225.8秒；镍单层膜2直接镀制在基底I上。最后对镍单层膜2进行激光刻蚀，包括以下步骤:激光刻蚀前，先将用AutoCAD软件制作的刻蚀图案输入连接激光器的计算机；将镍单层膜元件固定在激光输出端的正前方，使激光位于其中心位置；分别调节激光器的參数，功率为3200mw，刻蚀速率为100mm/s，步长为5um ;利用激光束的运动进行刻蚀:在计算机的控制下，激光束依次扫过将被刻蚀掉的部分，当激光与镍膜接触时，激光束便将镍膜烧蚀掉，刻蚀出所需满足的图案。图2为激光刻蚀镍薄膜量热计的原理图，当激光光束聚焦于几十个微米的目标物上时，光电或者光热作用引发一系列的化学键断裂，材料蒸发或粒子烧蚀，从而从基底上脱落。刻蚀得到的阻抗式镍薄膜量热计的镍单层膜如图3所示，包括刻蚀掉的部分4和残留的镍膜图案5，其中，刻蚀掉的部分4和残留的镍膜图案5的宽度均为200um。实施例2
首先对基底I石英玻璃进行清洗，包括以下步骤:采用有机清洗液超声波清洗8-12分钟，去离子水超声波清洗3-8分钟，MOS级こ醇超声波清洗8-12分钟，去离子水超声波清洗8-12分钟，干燥的纯净氮气吹干。有机清洗液采用的是洗洁精，去离子水电阻率彡18MQ。基底表面的均方根粗糙度大于Onm，小于0.5nm。然后在基底石英玻璃上镀制镍单层膜，采用直流磁控溅射方法，包括以下步骤:镀制镍单层膜前，溅射室的本底真空度低于2 X10-4帕斯卡；靶到基底的距离为8厘米；灘射靶枪的工作模式为恒功率溅射，溅射功率为55瓦；利用靶和基底之间的机械挡板来控制薄膜的厚度:通过公转电机将基底运动到装有镍靶材料的溅射靶枪上方，移开挡板，开始镀膜，通过镀膜时间来控制膜层的厚度，实现镍单层膜的制作；镍膜层的镀膜时间约为3225.8秒；在膜层沉积过程中，基底保持自转，自转速度为40转/分钟；制备得到的薄膜量热计如图1所示，包括基底I和镍单层膜2，基底I为石英玻璃；镍单层膜2厚度为lum，镀膜时间为3225.8秒；镍单层膜2直接镀制在基底I上。最后对镍单层膜进行激光刻蚀，包括以下步骤:激光刻蚀前，先将用AutoCAD软件制作的刻蚀图案输入连接激光器的计算机；将镍单层膜元件固定在激光输出端的正前方，使激光位于其中心位置；分别调节激光器的參数，功率为3200mw，刻蚀速率为100mm/s，步长为5um ;利用激光束的运动进行刻蚀:在计算机的控制下，激光束依次扫过将被刻蚀掉的部分，当激光与镍膜接触时，激光束便将镍膜烧蚀掉，刻蚀出所需满足的图案。刻蚀得到的阻抗式镍薄膜量热计的镍单层膜如图4所示，包括刻蚀掉的部分4和残留的镍膜图案5，其中，刻蚀掉的部分4和残留的镍膜图案5的宽度均为500um。实施例3首先对基底I石英玻璃进行清洗，包括以下步骤:采用有机清洗液超声波清洗8-12分钟，去离子水超声波清洗3-8分钟，MOS级こ醇超声波清洗8-12分钟，去离子水超声波清洗8-12分钟，干燥的纯净氮气吹干。有机清洗液采用的是洗洁精，去离子水电阻率彡18MQ。基底表面的均方根粗糙度大于Onm，小于0.5nm。然后在基底石英玻璃上镀制镍单层膜，采用直流磁控溅射方法，包括以下步骤:镀制镍单层膜前，溅射室的本底真空度低于2 X10-4帕斯卡；靶到基底的距离为8厘米；灘射靶枪的工作模式为恒功率溅射，溅射功率为55瓦；利用靶和基底之间的机械挡板来控制薄膜的厚度:通过公转电机将基底运动到装有镍靶材料的溅射靶枪上方，移开挡板，开始镀膜，通过镀膜时间来控制膜层的厚度，实现镍单层膜的制作；镍膜层的镀膜时间约为3225.8秒；在膜层沉积过程中，基底保持自转，自转速度为40转/分钟；制备得到的薄膜量热计如图1所示，包括基底I和镍单层膜2，基底I为石英玻璃；镍单层膜2厚度为lum，镀膜时间为3225.8秒；镍单层膜2直接镀制在基底I上。最后对镍单层膜进行激光刻蚀，包括以下步骤:激光刻蚀前，先将用AutoCAD软件制作的刻蚀图案输入连接激光器的计算机；将镍单层膜元件固定在激光输出端的正前方，使激光位于其中心位置；分别调节激光器的參数，功率为3200mw，刻蚀速率为100mm/s，步长为5um ;利用激光束的运动进行刻蚀:在计算机的控制下，激光束依次扫过将被刻蚀掉的部分，当激光与镍膜接触 时，激光束便将镍膜烧蚀掉，刻蚀出所需满足的图案。刻蚀得到的阻抗式镍薄膜量热计的镍单层膜如图5所示，包括刻蚀掉的部分4和残留的镍膜图案5，其中，刻蚀掉的部分4和残留的镍膜图案5的宽度均为lOOOum。
实施例4—种基于激光刻蚀方法的阻抗式镍薄膜量热计，如图1所示，该薄膜量热计包括基底I和镀制在基底I上的镍单层膜2。其中，基底I为石英玻璃。基底I表面的均方根粗糙度为0.lnm，镍单层膜2的厚度为0.5um。镍单层膜2上刻蚀有图案。ー种基于激光刻蚀方法的阻抗式镍薄膜量热计的制作方法，该方法包括以下步骤:首先对基底I进行清洗，然后采用直流磁控溅射方法在基底I上镀制镍单层膜2，最后用激光刻蚀的方法在镍单层膜2上刻蚀出图案。如图2所示，通过激光对镍单层膜2进行刻蚀图案。对基底I进行清洗包括以下步骤:采用有机清洗液超声波清洗8分钟，去离子水超声波清洗3分钟，MOS级こ醇超声波清洗8分钟，去离子水超声波清洗8分钟，干燥的纯净氮气吹干，其中有机清洗液为洗洁精，去离子水电阻率< 18MQ。直流磁控溅射方法包括以下步骤:(I)镀制镍单层膜前，调节溅射室的本底真空度低于2X10—4帕斯卡，靶到基底的距离为8厘米；(2)调节磁控溅射的溅射靶枪的工作模式为恒功率溅射，溅射功率为50瓦；(3)利用靶和基底之间的机械挡板来控制薄膜的厚度:通过公转电机将基底运动到装有镍靶材料的溅射靶枪上方，移开挡板，开始镀膜，通过镀膜时间来控制镍单层膜的厚度，镍单层膜的镀膜时间为3000秒，在膜层沉积过程中，基底保持自转，自转速度为30转/分钟。激光刻蚀的方法包括以下步骤:(I)激光刻蚀前，先将刻蚀图案输入到连接激光器的计算机内，将镍单层膜固定在激光输出端的正前方，使激光位于其中心位置；(2)分别调节激光器的的參数，其中，功率为2000mw，刻蚀速率为50mm/s，步长为3um，激光器所用波长为1064nm，Q开光频率为50KHZ ；(3)利用激光束的运动进行刻蚀:在计算机的控制下，激光束依次扫过镍单层膜将被刻蚀掉的部分，当激光与镍单层膜接触时，激光束便将镍单层膜烧蚀掉，刻蚀出所需图案。实施例5ー种基于激光刻蚀方法的阻抗式镍薄膜量热计，如图1所示，该薄膜量热计包括基底I和镀制在基底I上的镍单层膜2。其中，基底I为石英玻璃。基底I表面的均方根粗糙度为0.3nm，镍单层膜2的厚度为lum。镍单层膜2上刻蚀有图案。ー种基于激光刻蚀方法的阻抗式镍薄膜量热计的制作方法，该方法包括以下步骤；首先对基底I进行清洗，然后采用直流磁控溅射方法在基底I上镀制镍单层膜2，最后用激光刻蚀的方法在镍单层膜2上刻蚀出图案。如图2所示，通过激光对镍单层膜2进行刻蚀图案。对基底I进行清洗包括以下步骤:采用有机清洗液超声波清洗10分钟，去离子水超声波清洗5分钟，MOS级こ醇超声波清洗10分钟，去离子水超声波清洗10分钟，干燥的纯净氮气吹干，其中有机清洗液为洗洁精，去离子水电阻率< 18MQ。直流磁控溅射方法包括以下步骤:
(I)镀制镍单层膜前，调节溅射室的本底真空度低于2X10_4帕斯卡，靶到基底的距离为8厘米；(2)调节磁控溅射的溅射靶枪的工作模式为恒功率溅射，溅射功率为55瓦；(3)利用靶和基底之间的机械挡板来控制薄膜的厚度:通过公转电机将基底运动到装有镍靶材料的溅射靶枪上方，移开挡板，开始镀膜，通过镀膜时间来控制镍单层膜的厚度，镍单层膜的镀膜时间为3225.8秒；在膜层沉积过程中，基底保持自转，自转速度为40转
/分钟。激光刻蚀的方法包括以下步骤:(I)激光刻蚀前，先将刻蚀图案输入到连接激光器的计算机内，将镍单层膜固定在激光输出端的正前方，使激光位于其中心位置；(2)分别调节激光器的的參数，其中，功率为3200mw，刻蚀速率为100mm/s，步长为5um，激光器所用波长为1064nm，Q开光频率为50KHZ ；(3)利用激光束的运动进行刻蚀:在计算机的控制下，激光束依次扫过镍单层膜将被刻蚀掉的部分，当激光与镍单层膜接触时，激光束便将镍单层膜烧蚀掉，刻蚀出所需图案。实施例6ー种基于激光刻蚀方法的阻抗式镍薄膜量热计，如图1所示，该薄膜量热计包括基底I和镀制在基底I上的镍单层膜2。其中，基底I为石英玻璃。基底I表面的均方根粗糙度为0.4nm。镍单层膜2的厚度为2um。镍单层膜2上刻蚀有图案。ー种基于激光刻蚀方法的阻抗式镍薄膜量热计的制作方法，该方法包括以下步骤:首先对基底I进行清洗，然后采用直流磁控溅射方法在基底I上镀制镍单层膜2，最后用激光刻蚀的方法在镍单层膜2上刻蚀出图案。如图2所示，通过激光对镍单层膜2进行刻蚀图案。对基底I进行清洗包括以下步骤:采用有机清洗液超声波清洗12分钟，去离子水超声波清洗8分钟，MOS级こ醇超声波清洗12分钟，去离子水超声波清洗12分钟，干燥的纯净氮气吹干，其中有机清洗液为洗洁精，去离子水电阻率< 18MQ。直流磁控溅射方法包括以下步骤:(I)镀制镍单层膜前，调节溅射室的本底真空度低于2X10_4帕斯卡，靶到基底的距离为8厘米；(2)调节磁控溅射的溅射靶枪的工作模式为恒功率溅射，溅射功率为60瓦；(3)利用靶和基底之间的机械挡板来控制薄膜的厚度:通过公转电机将基底运动到装有镍靶材料的溅射靶枪上方，移开挡板，开始镀膜，通过镀膜时间来控制镍单层膜的厚度，镍单层膜的镀膜时间为4000秒，在膜层沉积过程中，基底保持自转，自转速度为50转/分钟。对于靶到基底的距离，由于该距离是经过系统优化的參数，因此不能进ー步扩大，否则会影响产品性能。激光刻蚀的方法包括以下步骤:(I)激光刻蚀前，先将刻蚀图案输入到连接激光器的计算机内，将镍单层膜固定在激光输出端的正前方，使激光位于其中心位置；
(2)分别调节激光器的的參数，其中，功率为4000mw，刻蚀速率为200mm/s，步长为10um，激光器所用波长为1064nm，Q开光频率为50KHZ ；(3)利用激光束的运动进行刻蚀:在计算机的控制下，激光束依次扫过镍单层膜将被刻蚀掉的部分，当激光与镍单层膜接触时，激光束便将镍单层膜烧蚀掉，刻蚀出所需图案。
权利要求
1.一种基于激光刻蚀方法的阻抗式镍薄膜量热计，其特征在于，该薄膜量热计包括基底和镀制在基底上的镍单层膜。
2.根据权利要求1所述的ー种基于激光刻蚀方法的阻抗式镍薄膜量热计，其特征在于，所述的基底为石英玻璃。
3.根据权利要求1所述的ー种基于激光刻蚀方法的阻抗式镍薄膜量热计，其特征在于，所述的基底表面的均方根粗糙度大于0nm，小于0.5nm。
4.根据权利要求1所述的ー种基于激光刻蚀方法的阻抗式镍薄膜量热计，其特征在于，所述的镍单层膜的厚度为0.5um 2um。
5.根据权利要求1所述的ー种基于激光刻蚀方法的阻抗式镍薄膜量热计，其特征在于，所述的镍单层膜上刻蚀有图案。
6.一种如权利要求1 5任一所述的基于激光刻蚀方法的阻抗式镍薄膜量热计的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:首先对基底进行清洗，然后采用直流磁控溅射方法在基底上镀制镍单层膜，最后用激光刻蚀的方法在镍单层膜上刻蚀出图案。
7.根据权利要求6所述的ー种基于激光刻蚀方法的阻抗式镍薄膜量热计的制作方法，其特征在于，所述的对基底进行清洗包括以下步骤: 采用有机清洗液超声波清洗8-12分钟，去离子水超声波清洗3-8分钟，MOS级こ醇超声波清洗8-12分钟，去离子水超声波清洗8-12分钟，干燥的纯净氮气吹干，其中所述的有机清洗液为洗洁精，去离子水电阻率彡18MQ。
8.根据权利要求6所述的ー种基于激光刻蚀方法的阻抗式镍薄膜量热计的制作方法，其特征在于，所述的直流磁控溅射方法包括以下步骤: (1)镀制镍单层膜前，调节溅射室的本底真空度低于2X10_4帕斯卡，靶到基底的距离为8厘米； (2)调节磁控溅射的溅射靶枪的工作模式为恒功率溅射，溅射功率为50 60瓦； (3)利用靶和基底之间的机械挡板来控制薄膜的厚度:通过公转电机将基底运动到装有镍靶材料的溅射靶枪上方，移开挡板，开始镀膜，通过镀膜时间来控制镍单层膜的厚度；在膜层沉积过程中，基底保持自转，自转速度为30 50转/分钟。
9.根据权利要求6所述的ー种基于激光刻蚀方法的阻抗式镍薄膜量热计的制作方法，其特征在于，所述的激光刻蚀的方法包括以下步骤: (1)激光刻蚀前，先将刻蚀图案输入到连接激光器的计算机内，将镍单层膜固定在激光输出端的正前方，使激光位于其中心位置； (2)分别调节激光器的的參数，其中，功率为2000 4000mw，刻蚀速率为50 200mm/s,步长为3 10um ； (3)利用激光束的运动进行刻蚀:在计算机的控制下，激光束依次扫过镍单层膜将被刻蚀掉的部分，当激光与镍单层膜接触时，激光束便将镍单层膜烧蚀掉，刻蚀出所需图案。
10.根据权利要求9所述的ー种基于激光刻蚀方法的阻抗式镍薄膜量热计的制作方法，其特征在于，所述的激光器所用波长为1064nm，Q开光频率为50KHZ。
全文摘要
本发明涉及一种基于激光刻蚀方法的阻抗式镍薄膜量热计及其制作方法，该薄膜量热计包括基底和镀制在基底上的镍单层膜，首先对基底进行清洗，然后采用直流磁控溅射方法在基底上镀制镍单层膜，最后用激光刻蚀的方法在镍单层膜上刻蚀出图案。与现有技术相比，本发明克服了传统的薄膜量热计制作工艺繁杂、设备昂贵、制备过程有潜在的化学危害、图案易失真等缺点，元件性能和制备工艺得到了很大的提高；本发明的阻抗式镍薄膜量热计具有价格便宜、易于制作、性能满足实际应用需求等优势，更适于实现此类产品的产业化。
文档编号C23C14/35GK103091692SQ20131000937
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月10日 优先权日2013年1月10日
发明者张众, 梁玉, 王海霞 申请人:同济大学