一种柔性温度传感器的制作方法与流程

本发明涉及柔性传感器技术领域，更具体的是涉及一种柔性温度传感器的制作方法。

背景技术：

随着物联网和信息技术的不断发展，对柔性电子产品的需求越来越受到人们的关注，而温度传感器是现代社会生活中应用最广泛的传感器之一，因此柔性温度传感器的制备备受关注，柔性传感器多为柔性基底和敏感元件组成，与传统的刚性基底相比，由于柔性基底无法承受高温，因此柔性温度传感器的制备过程无法经过高温退火，甚至无法退火，因此目前的柔性温度传感器普遍存在迟滞较大，无法达到高性能的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于：为了解决现有柔性温度传感器的制备过程无法经过高温退火，导致的普遍存在迟滞较大、无法达到高性能的技术问题，本发明提供一种柔性温度传感器的制作方法，该方法制作的传感器兼具良好的柔性和强度，制作方法简单，且拥有优异的性能。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

根据权利要求1所述的柔性温度传感器的制作方法，包括如下步骤：

步骤1、选择及清洗硬质基片：选用双面抛光的硅片作为基片，然后进行清洗和烘干；

步骤2、光刻成形：在经过步骤1处理后的硅基片上旋涂光刻胶，依次经前烘、曝光、后烘、显影等操作后，形成立体图形结构；

步骤3、沉积牺牲层和金属温敏电阻：经过步骤2光刻成形的硅基片上溅射沉积一层牺牲层和一层金属温敏电阻，将沉积后的元件置于丙酮溶液中浸泡，去除光刻胶，剩余形成立体结构的金属温敏电阻；

步骤4、高温退火：将经过步骤3得到的元件置于退火炉中进行高温退火；

步骤5、制作柔性基底：在金属温敏电阻上旋涂一层柔性基底材料，并加热固化；

步骤6、刻蚀牺牲层：将经过步骤5处理的元件浸泡于牺牲层金属铬的刻蚀液中，牺牲层完全溶解后，金属温敏电阻连同柔性基底从硅基片上自然脱落，即可得到柔性温度传感器。

优选的，步骤1中，将硅片依次置于丙酮、乙醇及去离子水中进行超声清洗，时间为5min，清洗后烘干。

优选地，所述步骤2中，所使用光刻胶为负性光刻胶，旋涂速度为前转1000转/分钟，旋转12秒，后转4000转/分钟，旋转40秒。

优选地，所述步骤2中，前烘温度为150℃，时间为3分钟，曝光时间为21秒，后烘温度为100℃，时间为3分钟，显影时间为20秒。

优选地，所述步骤2中，光刻图形为蛇形。

优选地，所述步骤3中，牺牲层为金属铬，沉积时间为5分钟。

优选地，所述步骤3中，金属温敏电阻为铂，沉积时间为10～30分钟。

优选地，所述步骤4中，退火温度为800～1000℃，升温速率为2.5℃/min,降温速率为自然降温。

优选地，所述步骤5中，柔性材料可为聚酰亚胺，聚二甲基硅氧烷之一，柔性材料固化温度为70℃，时间为2小时。

本发明的有益效果如下：

1.本发明所制得的柔性温度传感器与其他柔性传感器相比，最后制作柔性基底，因此可在制作柔性基底前，将在硅基片上的金属温敏电阻进行高温退火，经退火后金属温敏电阻表层致密均匀、残余应力较低，可改善柔性温度传感器普遍的因金属与柔性基底在升降温过程中受到的热应力而引起迟滞的问题，使传感器的性能更加稳定可靠。

2、本发明所述柔性温度传感器结构简单，制备工艺简单，性能稳定，满足对柔性可穿戴式传感器需求的同时保证了优异的测量性能；所使用的牺牲层为金属铬，无臭、无味，无毒，可溶于强碱溶液，操作安全可靠，成本低，成功率高，牺牲层溶解后，金属温敏电阻即可完全脱落，不溶于刻蚀液且不发生反应，不受任何影响，保证了器件的完整性。

3.本发明柔性温度传感器为正温度系数的金属材料，工作时，本发明的温敏金属温敏电阻的电阻随温度的升高而增加，通过检测本发明柔性温度传感器的电阻值的变化即可检测环境温度的变化，反之，环境温度的变化可通过本发明柔性温度传感器的电阻的变化即可测得。

附图说明

图1是本发明制备过程示意图；

图2是本发明金属温敏电阻结构图；

附图标记：1-硅基片，2-光刻胶，3-牺牲层，4-金属温敏电阻，5-柔性基底。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

一种柔性温度传感器的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、清洗硬质基片：选用双面抛光的硅片作为基片，将硅片依次置于丙酮、乙醇及去离子水中进行超声清洗，清洗后烘干,优选地，清洗时间为5min；

步骤2、光刻成形：在硅基片上旋涂光刻胶，优选地，所使用光刻胶为负性光刻胶,旋涂速度为前转1000转/分钟，旋转12秒，后转4000转/分钟，旋转40秒；经前烘(150℃，3min)、曝光(21s)、后烘(100℃，3min)、显影(20s)等操作后，形成立体图形结构，优选地，光刻图形为蛇形；

步骤3、沉积牺牲层和金属温敏电阻：光刻成形后，在硅基片上溅射沉积一层牺牲层和一层金属温敏电阻，优选地，牺牲层为金属铬，沉积时间为5min；金属温敏电阻为铂，沉积时间为10～30分钟，将沉积后的元件置于丙酮溶液中浸泡，去除光刻胶，剩余形成立体结构的金属温敏电阻；

步骤4、高温退火：将金属温敏电阻置于退火炉中进行高温退火，优选地，退火温度为800～1000℃，升温速率为2.5℃/min，降温速率为自然降温；

步骤5、制作柔性基底：在金属温敏电阻上旋涂一层柔性基底材料，优选地，柔性材料为聚酰亚胺或聚二甲基硅氧烷，并加热固化，固化温度为70℃，时间为2h；

步骤6、刻蚀牺牲层：将经过步骤5处理的元件浸泡于牺牲层金属铬的刻蚀液中，牺牲层完全溶解后，金属温敏电阻连同柔性基底从硅基片上自然脱落，即可得到经过高温退火的柔性温度传感器。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种柔性温度传感器的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、选用双面抛光的硅片作为基片，将硅片依次置于丙酮、乙醇及去离子水中进行超声清洗，清洗后烘干,优选地，清洗时间为5min；

步骤2、在硅基片1上旋涂一层光刻胶2，旋涂速度为前转1000转/分钟，旋转12秒，后转4000转/分钟，旋转40秒；经前烘(150℃，3min)、曝光(21s)、后烘(100℃，3min)、显影(20s)等操作后，形成立体图形蛇形结构；

步骤3、光刻成形后，在硅基片1上溅射沉积一层牺牲层3和一层金属温敏电阻4，其中，牺牲层3为金属铬，沉积时间为5min；金属温敏电阻4为铂，沉积时间为10分钟，将沉积后的元件置于丙酮溶液中浸泡，去除光刻胶2，剩余形成立体结构的牺牲层3和金属温敏电阻4；

步骤4、将敏感元件置于退火炉中退火2h，退火温度为800℃，升温速率为2.5℃/min，降温速率为自然降温；

步骤5、在金属温敏电阻4上旋涂一层聚酰亚胺柔性基底材料5，并加热固化，固化温度为70℃，时间为2h；

步骤6、将元件浸泡于牺牲层金属铬的刻蚀液中，牺牲层3完全溶解后，金属温敏电阻4连同柔性基底5从硅基片1上自然脱落，即可得到经过高温退火的柔性温度传感器。

本实例所得传感器的金属温敏电阻的厚度为300nm左右。

实施例2

如图1所示，本实施例提供一种柔性温度传感器的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、选用双面抛光的硅片作为基片，将硅片依次置于丙酮、乙醇及去离子水中进行超声清洗，清洗后烘干,优选地，清洗时间为5min；

步骤2、在硅基片1上旋涂一层光刻胶2，旋涂速度为前转1000转/分钟，旋转12秒，后转4000转/分钟，旋转40秒；经前烘(150℃，3min)、曝光(21s)、后烘(100℃，3min)、显影(20s)等操作后，形成立体图形蛇形结构；

步骤3、光刻成形后，在硅基片1上溅射沉积一层牺牲层3和一层金属温敏电阻4，其中，牺牲层3为金属铬，沉积时间为5min；金属温敏电阻4为铂，沉积时间为20分钟，将沉积后的元件置于丙酮溶液中浸泡，去除光刻胶2，剩余形成立体结构的牺牲层3和金属温敏电阻4；

步骤4、将敏感元件置于退火炉中退火2h，退火温度为900℃，升温速率为2.5℃/min，降温速率为自然降温；

步骤5、在金属温敏电阻4上旋涂一层聚酰亚胺柔性基底材料5，并加热固化，固化温度为70℃，时间为2h；

步骤6、将元件浸泡于牺牲层金属铬的刻蚀液中，牺牲层3完全溶解后，金属温敏电阻4连同柔性基底5从硅基片1上自然脱落，即可得到经过高温退火的柔性温度传感器。

本实例所得传感器的金属温敏电阻的厚度为500nm左右。

实施例3

如图1所示，本实施例提供一种柔性温度传感器的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、选用双面抛光的硅片作为基片，将硅片依次置于丙酮、乙醇及去离子水中进行超声清洗，清洗后烘干,优选地，清洗时间为5min；

步骤2、在硅基片1上旋涂一层光刻胶2，旋涂速度为前转1000转/分钟，旋转12秒，后转4000转/分钟，旋转40秒；经前烘(150℃，3min)、曝光(21s)、后烘(100℃，3min)、显影(20s)等操作后，形成立体图形蛇形结构；

步骤3、光刻成形后，在硅基片1上溅射沉积一层牺牲层3和一层金属温敏电阻4，其中，牺牲层3为金属铬，沉积时间为5min；金属温敏电阻4为铂，沉积时间为30分钟，将沉积后的元件置于丙酮溶液中浸泡，去除光刻胶2，剩余形成立体结构的牺牲层3和金属温敏电阻4；

步骤4、将敏感元件置于退火炉中退火2h，退火温度为1000℃，升温速率为2.5℃/min，降温速率为自然降温；

步骤5、在金属温敏电阻4上旋涂一层聚酰亚胺柔性基底材料5，并加热固化，固化温度为70℃，时间为2h；

步骤6、将元件浸泡于牺牲层金属铬的刻蚀液中，牺牲层3完全溶解后，金属温敏电阻4连同柔性基底5从硅基片1上自然脱落，即可得到经过高温退火的柔性温度传感器。

本实例所得传感器的金属温敏电阻的厚度为700nm左右。

实施例4

如图1所示，本实施例提供一种柔性温度传感器的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、选用双面抛光的硅片作为基片，将硅片依次置于丙酮、乙醇及去离子水中进行超声清洗，清洗后烘干,优选地，清洗时间为5min；

步骤2、在硅基片1上旋涂一层光刻胶2，旋涂速度为前转1000转/分钟，旋转12秒，后转4000转/分钟，旋转40秒；经前烘(150℃，3min)、曝光(21s)、后烘(100℃，3min)、显影(20s)等操作后，形成立体图形蛇形结构；

步骤3、光刻成形后，在硅基片1上溅射沉积一层牺牲层3和一层金属温敏电阻4，其中，牺牲层3为金属铬，沉积时间为5min；金属温敏电阻4为铂，沉积时间为10分钟，将沉积后的元件置于丙酮溶液中浸泡，去除光刻胶2，剩余形成立体结构的牺牲层3和金属温敏电阻4；

步骤4、将敏感元件置于退火炉中退火2h，退火温度为800℃，升温速率为2.5℃/min，降温速率为自然降温；

步骤5、在金属温敏电阻4上旋涂一层聚二甲基硅氧烷柔性基底材料5，并加热固化，固化温度为70℃，时间为2h；

步骤6、将元件浸泡于牺牲层金属铬的刻蚀液中，牺牲层3完全溶解后，金属温敏电阻4连同柔性基底5从硅基片1上自然脱落，即可得到经过高温退火的柔性温度传感器。

本实例所得传感器的金属温敏电阻的厚度为300nm左右。

实施例5

如图1所示，本实施例提供一种柔性温度传感器的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、选用双面抛光的硅片作为基片，将硅片依次置于丙酮、乙醇及去离子水中进行超声清洗，清洗后烘干,优选地，清洗时间为5min；

步骤2、在硅基片1上旋涂一层光刻胶2，旋涂速度为前转1000转/分钟，旋转12秒，后转4000转/分钟，旋转40秒；经前烘(150℃，3min)、曝光(21s)、后烘(100℃，3min)、显影(20s)等操作后，形成立体图形蛇形结构；

步骤3、光刻成形后，在硅基片1上溅射沉积一层牺牲层3和一层金属温敏电阻4，其中，牺牲层3为金属铬，沉积时间为5min；金属温敏电阻4为铂，沉积时间为20分钟，将沉积后的元件置于丙酮溶液中浸泡，去除光刻胶2，剩余形成立体结构的牺牲层3和金属温敏电阻4；

步骤4、将敏感元件置于退火炉中退火2h，退火温度为900℃，升温速率为2.5℃/min，降温速率为自然降温；

步骤5、在金属温敏电阻4上旋涂一层聚二甲基硅氧烷柔性基底材料5，并加热固化，固化温度为70℃，时间为2h；

步骤6、将元件浸泡于牺牲层金属铬的刻蚀液中，牺牲层3完全溶解后，金属温敏电阻4连同柔性基底5从硅基片1上自然脱落，即可得到经过高温退火的柔性温度传感器。

本实例所得传感器的金属温敏电阻的厚度为500nm左右。

实施例6

如图1所示，本实施例提供一种柔性温度传感器的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、选用双面抛光的硅片作为基片，将硅片依次置于丙酮、乙醇及去离子水中进行超声清洗，清洗后烘干,优选地，清洗时间为5min；

步骤2、在硅基片1上旋涂一层光刻胶2，旋涂速度为前转1000转/分钟，旋转12秒，后转4000转/分钟，旋转40秒；经前烘(150℃，3min)、曝光(21s)、后烘(100℃，3min)、显影(20s)等操作后，形成立体图形蛇形结构；

步骤3、光刻成形后，在硅基片1上溅射沉积一层牺牲层3和一层金属温敏电阻4，其中，牺牲层3为金属铬，沉积时间为5min；金属温敏电阻4为铂，沉积时间为30分钟，将沉积后的元件置于丙酮溶液中浸泡，去除光刻胶2，剩余形成立体结构的牺牲层3和金属温敏电阻4；

步骤4、将敏感元件置于退火炉中退火2h，退火温度为1000℃，升温速率为2.5℃/min，降温速率为自然降温；

步骤5、在金属温敏电阻4上旋涂一层聚二甲基硅氧烷柔性基底材料5，并加热固化，固化温度为70℃，时间为2h；

步骤6、将元件浸泡于牺牲层金属铬的刻蚀液中，牺牲层3完全溶解后，金属温敏电阻4连同柔性基底5从硅基片1上自然脱落，即可得到经过高温退火的柔性温度传感器。本实例所得传感器的金属温敏电阻的厚度为700nm左右。