微加工技術(shù)在高精度位移傳感器中的應(yīng)用

李廣金

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，各種類型的傳感器層出不窮，其中，高精度位移傳感器是較為新穎的傳感器，與普通傳感器對比而言具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。高精度傳感器的結(jié)構(gòu)豐富，電極呈柵狀存在，一旦電極存在平行移動以及覆蓋面積變化，電容量則會隨之變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)測量幾何量的作用，現(xiàn)結(jié)合該原理對微加工技術(shù)的應(yīng)用予以研究。

關(guān)鍵詞：微加工技術(shù)；高精度；位移傳感器

1 容柵式位移傳感器的工作原理

容柵式位移傳感器，根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可以具體分為圓形容柵位移傳感器、直線型容柵位移傳感器以及圓筒型容柵位移傳感器。此次試驗(yàn)所采取的是直線型容柵位移傳感器。直線型容柵位移傳感器主要由兩部分所組成，分別是靜柵極板和動?xùn)艠O板。每當(dāng)在發(fā)射極相同位置安放相同的輸入信號時，反射級同接收極、發(fā)射極同反射極會形成電場。反射極能夠進(jìn)行耦合作用，接收極輸出信號會逐漸發(fā)生變化。此外，受到靜柵極板大小的影響，如果進(jìn)行較大位移測量，靜柵極板不能全部覆蓋于電子屏蔽下，進(jìn)而受到外界因素影響，導(dǎo)致測量出現(xiàn)誤差。

2 微加工制作高精度位移傳感器流程

2.1 高精度位移傳感器制作與微加工

高精度位移傳感器在基底使用方面，需要采取玻璃襯底，也可以采用其他襯底。每個基底具有8N個導(dǎo)通盤，利用導(dǎo)線能夠同另外基底的8N個發(fā)射極進(jìn)行相連，保證發(fā)射極柵連通有效，需要注意的是，發(fā)射極柵導(dǎo)線寬度需要比連接導(dǎo)線寬度粗一些。而高精度位移傳感器的分辨率主要是由相鄰發(fā)射柵極之間的距離所決定。此次實(shí)驗(yàn)主要是玻璃襯底上通過微加工工藝用疊層的方法，能夠有效控制極柵的間距和寬度[1]。

半導(dǎo)體微加工主要工作原理是將沒有線路的第一層圖形部分，制成銅掩膜版，當(dāng)進(jìn)行磁控濺射薄膜階段，可以在襯底安放掩膜版，當(dāng)濺射完畢后，掩膜版中的圖形也就是所需圖形。

2.2 微電子加工工藝

微電子加工工藝，主要包括離子注入、外延生長工藝、熱氧化、蒸發(fā)、圖形光刻工藝、濺射、刻燭工藝以及雜質(zhì)擴(kuò)散等等。此次精度位移傳感器試驗(yàn)所涉及的工藝流程，主要是薄膜的生長、掩膜版的制作、圖形光刻、刻燭4部分。

3 磁控濺射實(shí)驗(yàn)

3.1 磁控濺射原理

濺射也就是指靶材表面受到高能粒子的轟擊，造成分子和原子離開靶材的情況。濺射可以說是能量進(jìn)行傳遞的散射過程。磁控濺射原理主要是，在真空室中加入Ar氣，保證壓力達(dá)到0.1～10Pa；之后在陰極靶材后安放強(qiáng)磁鐵或者磁線圈，保證其內(nèi)芯磁場和外環(huán)磁場強(qiáng)度相同，進(jìn)而能夠在兩極間產(chǎn)生磁場，保證電場與磁場方向垂直。

3.2 磁控濺射電源

濺射電源對于濺射裝置的性能、薄膜沉積速率，以及沉積薄膜的質(zhì)量都具有決定性影響。磁控濺射電源主要分為射頻電源和直流電源。本次試驗(yàn)主要采取直流電源，主要是其操作簡單、利于金屬薄膜的沉積。兩個電極之間受直流輝光放電影響而產(chǎn)生電壓，真空中氣體中會產(chǎn)生離子和電子，進(jìn)而產(chǎn)生放電現(xiàn)象。輝光放電時，開始階段由于電壓較小，因此電流也較小；隨著電壓的增加，帶電粒子能量足夠多，進(jìn)而使電流量增加[2]。

3.3 磁控濺射鍍膜工藝流程

磁控濺射對于整個實(shí)驗(yàn)具有至關(guān)重要的影響，對于鍍膜工藝的選擇，直接影響到后期成膜的質(zhì)量與性能。本次試驗(yàn)的鍍膜工藝具體流程如下：清洗基片→安裝靶材→安裝基片→抽真空→沖入氬氣→調(diào)整靶材與基片之間的距離→預(yù)濺射→抽真空→濺射→取片。

4 光刻實(shí)驗(yàn)

4.1 甩膠過程

玻璃基片經(jīng)過鍍層薄膜之后，從真空室中取出之后務(wù)必及時甩膠，防止由于過長時間暴露在空間中，導(dǎo)致玻璃基片被外界環(huán)境污染。光刻膠也可以叫做光致抗?fàn)T劑，其構(gòu)成原料對光具有一定的敏感性。光刻膠主要有以下幾種：電子束膠、離子束膠、紫外光刻膠以及X射線膠等等。如果能夠解決好紫外曝光過程中，衍射和反射引發(fā)的分辨率問題，那么紫外光刻膠工藝將會更加成熟。

4.2 紫外曝光

此次實(shí)驗(yàn)主要利用暖光進(jìn)行。對于新汞燈，實(shí)驗(yàn)所需要求的曝光強(qiáng)度，可以改變時間的長短進(jìn)行找尋。如果汞燈長時間使用，曝光強(qiáng)度會下降，因此需要及時更換汞燈。具體曝光步驟如下：（1）將曝光儀、真空泵以及汞燈打開，提前預(yù)熱汞燈10min；（2）吸版。真空泵可以借助氣路通道，將掩膜版同夾板結(jié)合，進(jìn)而固定住掩膜版；（3）吸片。在載片臺中放置玻璃基片，然后固定住玻璃基片；（4）吸板。利用吸夾板將夾板固定，防止移動；（5）將氮?dú)忾y門打開，在載片臺下保持氮?dú)鈺惩ǎＷC載片臺能夠浮起，同夾板平行；（6）對準(zhǔn)。將玻璃基片同掩膜版對齊；（7）設(shè)置曝光時間，控制在一定范圍內(nèi)。曝光燈同玻璃基片平齊使，可以進(jìn)行曝光，結(jié)束后關(guān)閉按鈕。

4.3 顯影

此次實(shí)驗(yàn)主要采用紫外正性光刻膠，在顯影液中浸泡曝光后的玻璃基片，光刻膠受紫外線照射，容易發(fā)生自身溶解，而未照射到的光刻膠則保留下來[3]。顯影液濃度、溫度以及顯影時間在得到足夠的曝光之后，會受到明顯影響。本次試驗(yàn)對溫度做到較好的控制，顯影是在室溫下進(jìn)行，顯影液采取的是正膠顯影液，能夠同紫外正性光刻膠相對應(yīng)。經(jīng)過多次試驗(yàn)，顯影時間控制在1min最為理想。如果顯影時間過短，玻璃基片上容易殘留光刻膠，對刻蝕帶來影響；而如果顯影時間過長，則會導(dǎo)致光刻膠膨脹，造成脫落現(xiàn)象。

5 總結(jié)

通過以上論述能夠看出，此次試驗(yàn)利用微加工工藝技術(shù)，很好地實(shí)現(xiàn)了制作高精度位移傳感器的目的。本次試驗(yàn)注重研究了磁控濺射試驗(yàn)，主要包括玻璃基片的清洗方法、磁控濺射鍍膜的具體步驟，以及相關(guān)參數(shù)的計(jì)算。此外，磁控濺射技術(shù)在很多方面需要逐步完善和改造，以此提升高絕緣層薄膜的濺射速率。

參考文獻(xiàn)

[1]許卓，楊杰，王成，等.大量程納米位移傳感器的微納加工制造[J].傳感器與微系統(tǒng)，2015，（10）：60-62.

[2]張?jiān)苿?高精度反射式塑料光纖位移傳感器探究[J].電子制作，2014，（1）：12-14.

[3]張德福，葛川，李顯凌，等.高精度位移傳感器線性度標(biāo)定方法研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2015（5）：982-988.

（作者單位：桂林市晶瑞傳感技術(shù)有限公司）