CN101180532A - 用于恶劣环境的涂层以及使用所述涂层的传感器 - Google Patents

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Abstract

一种提供高耐磨性和耐化学性的涂层，所述涂层由选自钒、钼、铌、钽等的阻挡层(40)和类金刚石碳的外部层(50)构成。所述涂层尤其可应用于基于声波器件(AWD)的传感器，以及可应用于钝化电极(例如沉积在AWD传感区域上的电极(30))。所述涂层为涂敷声波器件提供优秀的机械和声学特性，允许所述传感器可以在恶劣的环境中工作。

Description

用于恶劣环境的涂层以及使用所述涂层的传感器
技术领域
本发明总地涉及制造用于恶劣环境的传感器，并且更具体地，涉及以类金刚石碳涂敷传感器以用于工作在恶劣的物理或化学环境中。
发明背景
在恶劣的环境下使用传感器的需要是普遍的。例子包括被设计为工作在磨蚀环境、腐蚀性化学品等中的传感器、转换器等等。长时间的传感器工作时常由于与所述环境的持续接触而受到阻碍。在电声传感器(也被称为声波器件)领域中该问题尤其严重。因此，本说明书将主要通过使用AWD传感器来叙述涂层的应用，以缓解与这样的工作相关的问题。本领域技术人员将认识到所述涂层对于其他器件的适用性。
压电传感器是公知的。它们被用于检测材料属性(诸如粘性和密度)，用于检查环境中某些材料的存在，用于测量流体物质的纯度等等。已知用于声学传感的构造(structure)涵盖简单的晶体谐振器、晶体滤波器、声板波器件、兰姆波(Lamb wave)器件和其他器件。简言之，这些设备包括诸如石英、兰克赛(langasite)或铌酸锂的压电材料衬底，或者在非压电衬底上的诸如氮化铝、氧化锌或硫化镉的压电材料薄膜。所述衬底具有至少一个通常是高度抛光的有源(active)压电表面区域。形成在该表面上的是输入和输出换能器(transducer)，用于在衬底内将输入电能转换为声能以及将所述声能重新转换为电输出信号的目的。这些换能器可以由平行板(体波(bulk wave))换能器或周期性叉指型(表面生成波)换能器构成。每个传感器具有至少一个被暴露给正被测量的环境的传感区域(sensing area)。所述表面与所述环境的相互作用导致可测量的传感器电气特性改变。所述传感器可以被用于检测密度、粘度和其他这样的物理参数。
压电器件一般是由坚硬的结晶物质制造。然而，当暴露给某些化学制品或磨料(abrasive)时，即使是这些表面也会发生改变。基于压电的传感器非常易受传感区域的改变的影响。因此，到目前为止，它们的使用限制于不会损害这些表面的环境。损害可以是化学的(例如蚀刻)或者机械的(例如磨损)。因此，迄今为止，由于所述传感器会遭受随时间的高度可变性，这些传感器的使用在这样的环境中受限，所述环境如钻探泥浆或油的特性的油井测量，墨(ink)、熔融聚合物和类似研磨材料的特性的检测。其他可以损坏这些传感器的环境是化学反应性材料，例如强酸，以及在聚合物加工、纸浆和造纸加工以及其他工业和化学工艺中使用的碱(base)。此外，在大多数期望的传感器拓扑中对传导性电极或屏蔽层的需要引起对化学侵袭和/或研磨的进一步易感性(susceptibility)，因为实质上所有金属均具有一项或更多项化学易感性，和/或是柔软的易磨损材料。对液相传感进一步的普遍要求是传感表面足够光滑(smooth)。很多液相AWD传感器要求纳米级或更低的平均粗糙度。
在大多数期望的传感器拓扑中采用的电极普遍由通过任何方便的方法沉积的金(Au)制成。在很多情况下，电极不得不与环境电绝缘。
将表面、器件、电极等与有害环境绝缘的工作通常是通过像塑料、玻璃或类似材料的涂层来完成的。然而，这样的涂层常常干扰传感器的工作。例如在AWD类传感器中，涂层必须具有不显著妨碍传感器工作的声学特质以及期望的硬度、韧性、电气特性等等。塑料和玻璃招致过度的阻尼，并且既非总是耐化学性的，又非足够坚硬。
类金刚石碳(或之后称为DLC)是众所周知的涂敷材料。DLC具有高的硬度，并且因此具有高的耐磨性，它可以以光滑的方式涂覆，并且一般提供厚度可以根据需要进行调整的优秀涂层。DLC是使用诸如蒸发、离子注入等普通方法来沉积的。
某些材料不会良好地互相粘附。DLC遭受到对像金、铂、银、大多数氧化物的材料和很多其他材料、特别是在AWD传感器等中普遍使用的压电材料的差的粘附性的困扰。因此，尽管DLC无疑提供所要求的耐磨性，但是在DLC层和压电材料或沉积在这样的压电材料上的电极之间提供足够的(adequate)粘附性方面存在问题。另外，不同涂敷材料具有不期望地大的离子迁移问题，该问题负面影响期望涂层的电气特性或声学特性。
如Mirjami Kiuru的博士论文“EXPERIMENTAL STUDIES ON DIAMOND-LIKECARBON AND NOVEL DIAMOND-LIKE CARBON-POLYMER-HYBRID COATINGS(对类金刚石碳和新型类金刚石碳-聚合物-混杂涂层的实验研究)”，赫尔辛基大学(2004)中所示出的，已经论证了这样的可移植医疗设备，所述医疗设备具有在薄的(几纳米)粘附层上的相对厚的(在数微米到数百微米的数量级)DLC涂层。用于这样的涂层的典型衬底是诸如钛制髋部的难熔(refractory)金属部件。当这些涂层被施涂到半导体器件时，所述膜是极度不可靠的。这些涂敷膜常常遭受剥离的困扰，并且在一些情况下导致硅衬底破损。
因此，存在着对这样的传感器的持续且尚未解决的需求，所述传感器能够持续工作在广泛范围的化学、热和机械上恶劣的环境下。
因此，本发明的目标在于提供一种涂层，当被施涂到传感器的传感区域时，所述涂层提供上述特性。因为没有单一材料提供所有的理想属性，所以很多应用最终需要一系列的层，放松对各个层的要求，但是进一步要求多个层之间的相容性。优选地，所述涂层应该足够光滑以解决液相传感器应用问题。
很多这样的声学传感器在传感表面上使用电极，并且本发明所提供的涂层特别有益于这样的传感器。本领域技术人员将认识到，术语电极可以指地电极、换能器(特别是在有源驱动或被驱动电极的情况下)、其他在压电晶体中导致扰动或反射的构造，或者其他运载电能或将其递送到预定点的导体。
本发明的另一目标是提供具有光滑的(优选为纳米级别)传感表面的传感器，所述传感器具有优秀的耐磨性、优秀的耐化学性，以及耐受极值从-50℃到+350℃的温度的能力。合适的涂层包括硅-氮氧化铝(SiAlON)的合金(包括氮化硅、氧化铝等的极端情况)、无定形氮化硼、无定形和纳米结晶碳、碳化硼(包括硼掺杂的金刚石和硼掺杂的DLC类)和β-C3N4。所有这些材料提供耐磨性和热稳定性以及可变程度的耐化学性。
在这些涂层中，发现所谓的类金刚石碳(DLC)提供最好的表面光滑度、耐化学性和耐磨性属性。尽管关于类金刚石的确切定义存在相当多的争论，但是就本发明的目的而言，它应该被视为意指所有具有摩尔百分数大于75％的碳并且具有石墨(SP2)和金刚石(SP3)的混合化学键状态的膜。应该注意，该术语还延伸到各种类金刚石碳的改性体，例如硼掺杂的金刚石(BDD)、富碳难熔金属碳化物等等。
类金刚石碳良好地粘附于形成碳化物的金属，所述金属按照典型的粘附强度按递增顺序排序如钨、钼、钽、铌、钒、铪、锆、钛和铬。传统地，这些金属被用于所谓的粘附层。这些金属的粘附强度直接与它们与邻近材料互扩散以及熔合(alloy)的能力成比例。
粘附层到DLC膜的互扩散是不期望的，因为它引起不稳定的膜属性和差的老化特性。特别期望的是，下层金属具有低的在碳中的迁移率(mobility)，并且该金属将具有低的向碳的迁移率——在高温下可能变得关键的一种状况。因此，以实施例的方式，尽管钛和锆提供优秀的粘附性，但是它们在碳中过度移动，在高温下反之亦然。另一方面，钨是优秀的阻挡金属(具有低的迁移率，并且阻止其他原子扩散进入或穿过它)；然而，钨具有最差的粘附性。铌和钽是优选用于在类金刚石碳之下的阻挡/粘附层的金属。
铌和钽提供良好的耐化学性和对最外部DLC层的优秀的粘附性。对屏蔽来讲，这两种材料均具有足够的传导性，但是对于很多电极的要求不够充分(inadequate)。在这些情况下，要求具有耐化学性和高传导性的最内部热稳定材料层。尽管铝经常用作电极材料，但是它在化学上是活跃的，并且在升高的温度时是高度可移动的。优选的金属是金和铂，但是对一些优选实施方案来说银和钯也是可接受的。铂具有最有利的属性，而金被更普遍地采用。钌、铑、铼、锇和铱也可以证实在特定应用中是期望的。
将涂层施涂到压电材料的操作存在另一问题，该问题源自于与DLC相关联的极度高的膜应力，以及DLC和普遍采用的这样的金属或压电材料之间的热膨胀性显著失配。因此，本发明的优选实施方案应用相对薄的(薄于1μm)DLC涂层和与传统采用的(约200nm)相比较厚的粘附/阻挡金属体系。
可以通过薄的铬或钛粘附层来提高钽对金或铂的粘附性以及电极对压电衬底的粘附性。最优选的实施方案由薄的(大约10nm)钛、锆或铬层，传导性的(50-200nm)金或铂电极层，另一薄的(大约10nm)钛、锆或铬层，铌或钽的阻挡层(25-300nm)以及DLC表面(10-500nm)组成。
DLC的确切组成是选择的问题。薄膜开发方面的现有技术建议了范围从百万分之几到百分之几的氮或各种金属的多种掺杂或表面处理。关于薄膜的细节可以在Daniel Nilsson的博士论文“Synthesis and Evaluation of TaC：C Low-Friction Coatings(TaC：C低摩擦涂层的合成和评估)”，Acta Universitatis Upsaliensis(2004)中找到。已经考虑了从痕量水平直至67原子百分数(全氟烷)的氟掺杂剂。当原子百分数的碳最大化时，这样的膜的耐磨性和耐化学性表现得最好。
仅具有33％碳的膜包括碳氢化合物和碳氟化合物(例如Teflon)的限制，并且不具有耐磨性。范围在33％到66％碳的膜是碳化物合金的特征。这些膜极度坚硬，但是不像DLC那么耐化学性或者热稳定。在很多情况下，所述表面并非如真正的DLC那样光滑。因此，在本文中，仅仅在他们本体(bulk)中包含大致67％或更高百分数的碳的膜被特定地视为“DLC”。我们关于钽掺杂的膜和氟掺杂的膜的经验指示，所述膜应该优选地具有超过90％的碳，并且最优选的实施方案具有超过97％的碳。
尽管耐化学性和钝化一般偏向于从纯碳DLC获得的绝缘层，但是某些在电化学传感器(特别是电化学-AWD混杂)中使用碳电极的传感器应用要求可传导的DLC层。硼掺杂的(～1019cm-3，符合硅掺杂水平，达到1％B；99％C)金刚石是用于电化学和/或声学传感器的合适材料，并且被视为DLC的一种类型。
本发明的进一步的目标包括将化学选择性探测器附着到DLC表面的能力。
因此，在本发明的一个方面，提供了一种基于有涂层的声波器件(AWD)的传感器，所述传感器包括至少一个具有两个相反面的压电板，所述两个面中的一个具有传感区域，所述传感器具有施涂于所述传感区域的涂层，所述涂层的特征在于：沉积在所述传感区域上的第一电极；沉积在所述第一电极之上的阻挡层，所述阻挡层包括至少一种选自由钽、铌、钒、钼或其组合所组成的组的金属；以及耐磨层，所述耐磨层包括沉积在所述阻挡层之上的类金刚石碳(DLC)。
可选地，所述涂层还包括沉积在所述阻挡层和所述电极之间的粘附层。进一步可选地，可以在所述电极和和所述传感面之间沉积另一粘附层。所述两种粘附层可以是钛、锆、铬、钒、铌、钽或钼或其组合。
优选地，所述第一电极包括选自由铂、钯、金、银、铜、铝、锇、铱或其组合所组成的组的金属。可选地，所述DLC可以是硼掺杂的金刚石。进一步可选地，化学选择性探测器被耦合到DLC。
在本发明的优选实施方案中，提供了一种如上所描述的有涂层声波器件传感器，所述声波器件传感器具有第二电极，所述第二电极沉积在与包括所述传感区域的面相反的面上，以所述第一和第二电极形成平行板谐振器。可选地，所述第三电极沉积在与包括所述传感区域的所述面相反的面上，其中所述第一和第二电极形成充当输入换能器的输入平行谐振器，所述第一和第三电极还形成充当输出换能器的输出平行谐振器；其中所述输入和输出谐振器足够靠近，以将声能从所述输入谐振器耦合到所述输出谐振器中，用于形成多极耦合的谐振器滤波器。
在本发明的另一方面，提供了一种钝化电极的方法，所述方法的特征在于以下步骤：
将阻挡层沉积到所述电极上，所述阻挡层包括至少一种选自由钽、铌、钒、钼或其组合所组成的组的金属；以及
将包括类金刚石碳(DLC)的耐磨层沉积到所述阻挡层上。
可选地，所述方法还包括在所述电极和所述阻挡层之间沉积粘附层的步骤。最优选地，所述电极被耦合到基于声波器件的传感器。可选地，所述方法还包括将化学选择性探测器沉积到所述DLC层上的步骤。
附图说明
参照所包括的描绘优选实施方案细节的附图，将更好地理解上面的概述以及下面的详细描述。然而，应该注意，本发明不限于附图中所示出的精确方案，并且附图仅仅作为实施例被提供。
图1描绘利用根据本发明的最优选实施方案的涂层的声学传感器的简化正面截面视图。
图2描绘根据本发明的优选实施方案涂敷传感器的过程。
具体实施方式
本发明的重要目标是提供具有这样的光滑(纳米级)表面的AWD和其他传感器，所述光滑表面具有优秀的耐磨性、优秀的耐化学性以及经受宽的温度范围(其中从-50℃至350℃的范围最为优选)的能力。虽然本发明的一个方面涉及直接涂敷压电材料，但是优选的实施方案涉及涂敷一个或更多个沉积在压电材料上的电极。图1描绘了这种优选的传感器75的横截面。
最优选的传感器几何结构要求具有优秀的电气特性的电极位于传感区域上。在那些几何结构中，具有耐化学性和高传导性的热稳定材料的最内部的电极层30被沉积在传感面65或其一部分上。银和钯是提供这样的特性的实施例，但优选的实施方案使用金或铂。铂具有最有利的属性，而金被更普遍地采用。其他候选材料包括具有必需的热稳定性和针对变化的环境的稳定性以及传导性属性的钌、铑、铼、锇和铱。特别的，电极层不需要扩展至整个传感区域，并且电极层不是必须被用作电极，即，它们不是必须电连接到传感器电路的任何一部分。
类金刚石碳良好地粘附到形成碳化物的金属上，以非限制性实施例的方式，所述金属例如钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、铪(Hf)、锆(Zr)、钛(Ti)、钨(W)、钼(Mo)和铬(Cr)。但是类金刚石碳不能良好地粘附到金、铂、氧化物或大部分压电材料上。因此，本发明考虑以形成碳化物的金属(例如上文描述的那些)制成的中间阻挡层。阻挡层40位于外部层50和要被涂敷的基底材料10的传感面65之间，并且，如果使用电极层，则该阻挡层覆盖于电极层上。除向电极层和/或压电材料提供良好的粘附性和增强的保护之外，阻挡层还作为匹配介质，以使DLC的热膨胀和膜应力与在阻挡层下面的层匹配。
为了清楚，在这些说明中，术语外部层指如上面所描述的高耐磨性材料制成的涂层。然而，认识到可以在‘外部层’50的顶部覆盖(DLC或其他材料制成的)其他涂敷层是重要的，并且术语‘外部(outer)’应该仅被广泛地解读为指与阻挡层40交界(interfacewith)的、远离基底材料10的层。如下面所描述的，所述交界可以是直接的或间接的。
为获得最佳的涂层稳定性，在下面的阻挡层优选地具有在碳中低的迁移率，并且碳具有向所述阻挡层的低迁移率。这是在高温下的一个重要考虑因素。因此，铌和钽是用于在类金刚石碳下的阻挡层的优选金属。还考虑使用钒(V)作为阻挡金属，因为它在元素周期表中的同一族，并且由于在元素周期表中难熔金属属性通常是循对角线而不是垂直的，所以钼(Mo)被考虑作为阻挡金属。在宽温度范围上对扩散稳定的薄碳化物合金界面被形成于这些金属和DLC层之间。这些金属与钛、锆和铬相比有较低的与碳的反应性，但比钨更具粘附性。
源于使用铌和钽的额外的益处是NbC和TaC的体积与所述金属和碳的体积之和相当。相反，钛、锆和铬形成键长比块体金属(metal bulk)和块体碳(bulk carbon)的键长短的碳化物，当金属与碳相互扩散并形成碳化物时引起逐渐的尺寸变化。因此，优选实施方案中的薄膜具有长期处于高温下的尺寸稳定性。应注意，在某些实施方案中，铌层或钽层可以作为电屏蔽层(shield)，但是它通常不提供足够且稳定的导电性来作为良好的电极。这种效应与金属被沉积时的部分氧化以及相关联的膜电阻有关。
中间层40向电极层30的粘附以及电极层向基底材料10的粘附可以通过沉积可选的铬、锆或钛的薄粘附层而被改进。粘附层20可以仅被沉积在阻挡层40和电极30之间，或者如在电极和传感区域65之间的粘附层21所示那样被沉积，或者优选地使用两者。
因此，最优选的实施方案包括沉积于传感区域65作为粘附层的薄钛层21。优选地，粘附层21的厚度在3nm-30nm范围内，并且更优选在5nm-15nm范围内，其中最优选的实施方案为约10nm。传导性金膜或铂膜30被沉积在粘附层21的顶部以形成电极。优选地，电极30的厚度在10nm-300nm范围内，并且更优选在50nm-200nm范围内，其中最优选的实施方案为约50nm-150nm。另一薄钛粘附层20位于电极层之上，且优选地具有与粘附层21类似的特性。由铌或钽制成的阻挡层40位于粘附层20之上。优选地，阻挡层40的厚度在25nm-300nm范围内，并且更优选在50nm-250nm范围内，其中最优选的实施方案为约150nm。由DLC制成的外部层50被置于阻挡层的顶部。优选地，外部层50的厚度在10nm-500nm范围内，并且更优选在50nm-250nm范围内，其中最优选的实施方案为约150nm。值得注意的是，粘附层20和21是可选的。
DLC的确切组成是技术选择的问题。薄膜开发的普遍经验建议了许多可选的掺杂剂或表面处理剂(从百万分之几到百分之几的氮或各种金属)。氟掺杂剂已经被考虑从痕量水平直至67原子百分数(全氟烷)，其中只有低浓度(＜20％)的是实用的。尤其令人感兴趣的是，达到1％的硼掺杂提供DLC涂层的可传导版本(被称为硼掺杂的金刚石)。这样的膜尤其适用于电化学方法向AWD的整合。
碳膜的未终止自由键将与空气中的氢(来自酸性水气)反应而被钝化。如果期望的话，其他的层可以被附着在外部DLC层上。在这种钝化之前，所述多个表面将与溴代、碘代和氯代的功能化分子反应，以非限制性实施例的方式，所述功能化分子包括碘代氟烷、氯代硅烷和溴代全氟聚醚。硅烷化学法是一种引入多种包括羧基和胺基的功能表面的公知方法。针对生化选择性传感而使用肽键来附着生物接受器和针对化学选择性传感而使用肽键来附着聚合物膜则是公知的延伸。
具体来说，功能化氯代硅烷(ClSi(CH3)2-R)通过形成C-Si键并生成(evolve)HCl来与氢封端的碳表面进行反应。然后，官能团R被用于种种公知的化学合成步骤中。虽然以共价键方式附着的单层的耐化学性和耐磨性不如DLC表面，但是它非常鲁棒(robust)。
在一个优选的实施方案中，化学选择性探测器被附着到DLC表面。有可能用包括胺基和羧基的化学官能团终止新近沉积的DLC膜，允许附着更多特定化学性的层。因此，以实施例的方式，使用普遍可获得的诸如Cl(CH3)2-Si-(CH2)2NH2的化合物来将-NH2附着到表面上，然后，利用肽键形成来附着生物接受器是可能的。琥珀酸酐(succinnic acidanhydride)被用于形成-NH-C＝O-(CH2)2-COOH表面官能团。然后，这些酸性残基可以被结合到蛋白质(抗体，抗原，酶)上的-NH2残基或以合成的方式附着到DNA或肽核酸(PNA)探测器上。最终的连接阶段(coupling stage)使用水溶性的碳二酰亚胺来催化。可替换地，羧基可以与胺在对目标被测对象具有优先吸附的聚合物膜上反应。一个这样的实施例是针对环境传感选择对氯代烃类具有优先吸附的聚合物。另一个实施例是用于测量汽油和其他燃料中含水量的亲水性涂层。
一般的传感器和特别的液相传感器常常被用于恶劣环境中，所述恶劣环境例如用于井内测量的原油浆和钻探泥浆、研墨、酸等。这样的传感器的长期稳定性在很大程度上取决于保持一个或多个传感区域的光滑和一致特性的能力。如所描述的，连同AWD类传感器来使用涂层提供显著的优点，因为其允许传感器工作在迄今为止对被检测参数曾缺乏容易且连续的覆盖的区域中。以实施例的方式，由根据本发明的教导所涂覆的AWD传感器所使能(enable)或改进的用途包括：在金工应用中监测“切削液”，在制造钛和其他浆液时的过程控制，包括钻探泥浆的产油应用，纸张涂布工艺，强腐蚀性化学过程等。虽然上述益处对于诸如以上描述的恶劣环境来说是最明显的，但是较低要求的传感应用(例如包括诸如机油监测的汽车传感器)也会从得益于更长的传感器寿命。
建立涂层的优选工艺在图3中示出。首先，清洁300衬底(substrate)传感器传感区域或任何要被涂覆的表面。通常这一步骤被这样实施：利用溶剂洗涤剂和水漂洗剂，然后优选地在真空中通过氧/氩等离子蚀刻。
可选地，随后将由铬(Cr)或钛(Ti)构成的第一粘附层21沉积305在表面上。锆(Zr)也是可应用的，并且在一些情况下铪(Hf)、铌(Nb)和钽(Ta)也是适合的，但铬对于中等温度来说最常用，而钛被认为最适用于高温。
然后，电极30被沉积310在第一粘附层之上(如果使用了粘附层的话)。如所描述的，对于传导性电极来说存在许多选择，包括铂(Pt)、钯(Pd)、金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)和铝(Al)，以及更不稳定的导体，例如钌(Ru)、铑(Rh)、铼(Re)、锇(Os)和铱(Ir)。铝(Al)是最便宜的材料，但由于它具有化学反应性，并且具有向邻近材料的高扩散性，所以有时它是不理想的。铂(Pt)和钯(Pd)是最稳定的选择，而金(Au)是最普通使用的，并且是针对除最恶劣的环境和温度以外的所有条件的优选实施方案。
注意电极区可以使用各种光刻方法被选择性地沉积，以仅仅覆盖表面上的特定图样。这样的图样可以包括换能器、电化学电极、电路、天线等。
可选地，如曾关于第一粘附层21所描述的，第二粘附层20可以被沉积215在电极和阻挡层之间，然而，在一些应用中，钒、钼、铌或钽制成的阻挡层直接粘附于电极层。
如所描述的，阻挡层40被沉积220在电极之上，并且如果可应用的话，被沉积在第二粘附层之上，以将电极层30和/或粘附层20与外部DLC层50隔离。普遍地，钨(W)和铂(Pt)被用作阻挡金属。然而，钨和钯两者都遭受到对DLC的差的粘附性的困扰。另外，由于长期的相互扩散，在钨和DLC之间使用由钛或铬制成的粘附层在较高温下是不可接受的。因此，本发明的这一方面的优选实施方案使用铌或钽作为阻挡层。钒和钼也可以是合适的。
然后，DLC层被沉积225在阻挡层之上，以提供期望的机械特性。工艺的适当选择允许阻挡金属表面通过形成薄的(通常大约5nm)、稳定的碳合金过渡区来提供优秀的DLC直接粘附。
在最优选的实施方案中，所述多个层的次序如下：开始于基底材料10，约3nm-30nm厚的第一钛粘附层21，约10nm-300nm厚的金或铂电极层30，约3nm-30nm厚的第二钛粘附层20，约25nm-300nm厚的钽阻挡层40，以及最终的约10nm-500nm厚的DLC层。
在本发明的再一方面，施涂所述涂层以钝化至少一个沉积在诸如印刷电路板的材料或其他暴露在腐蚀性、爆炸性或其他恶劣环境中的材料上的电极。根据本发明，涂层的进一步的应用是用于为工具提供涂层等。
以下是优选用于实施本发明的材料列表。然而，应该注意，此列表仅仅涉及优选的材料，并且从本质上它不应被解读为限制性的。
用于可选的粘附层20和21的粘附促进剂(promoter)：钛、锆、铬、钒、铌、钽。
传导性电极层30：铂、钯、金、银、铜、铝。上述金属的合金也被广泛地使用，还有锇、铱等，并且本发明延伸至此。
阻挡层40：钽、铌、钒、钼。
本领域技术人员将意识到，以上所提供的优选实施方案是以非限制性实施例的方式提供的，并且这些说明的教导将允许技术人员为满足涂层或有涂层器件需要达到的特定需求而生产各种材料。相似地，本领域技术人员将意识到，虽然所述说明主要涉及传感器，并且时常更特别地涉及AWD类传感器，但所描述的涂层完全可应用于许多其他可以从DLC层的机械强度和光滑度获益的应用，可是遭受到对DLC的差的粘附性的困扰。因此，本发明应被看作延伸至这样的实施方案以及本文中所提供的教导的类似衍生方案。为获得特定的特性，本领域技术工人将很可能应用满足特定要求的各种材料的组合以及不同的涂层厚度。然而，本发明也延伸至这些修改。
虽然已经描述了目前被认为是本发明的优选的实施方案，但对本领域技术人员来说这是显而易见的，即在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以对本发明做出各种其他的实施方案、变化和修改，并且因此，本发明的范围旨在覆盖所有这些落入本发明真正的精神和范围中的变化和修改，针对此而申请专利特许证。

Claims (17)

1.一种基于有涂层声波器件(AWD)的传感器，所述传感器包括至少一个具有两个相反面的压电板，所述两个面中的一个具有传感区域，所述传感器具有涂覆在所述传感区域的涂层，所述涂层的特征在于：
沉积在所述传感区域上的第一电极；
沉积在所述第一电极之上的阻挡层，所述阻挡层包括至少一种选自由钽、铌、钒、钼或其组合所组成的组的金属；以及
耐磨层，所述耐磨层包括沉积在所述阻挡层之上的类金刚石碳(DLC)。
2.根据权利要求1的有涂层声波器件传感器，其中所述涂层还包括沉积在所述电极和所述传感区域之间的粘附层。
3.根据权利要求1或2的有涂层声波器件传感器，其中所述涂层还包括沉积在所述电极和所述阻挡层之间的粘附层。
4.根据权利要求2或3中任一项的有涂层声波器件传感器，其中所述多个粘附层中的任何一个包括选自由钛、锆、铬、钒、铌、钽或其组合所组成的组的金属。
5.根据权利要求2-4中任一项的有涂层声波器件传感器，其中所述第一电极包括选自由铂、钯、金、银、铜、铝、钌、铼、锇、铱或其组合所组成的组的金属。
6.根据前述权利要求中任一项的有涂层声波器件传感器，其中所述DLC包括硼掺杂的金刚石。
7.根据前述权利要求中任一项的有涂层声波器件传感器，其中所述声波器件传感器还包括第二电极，所述第二电极沉积在与包括所述传感区域的面相反的面上，用于以所述第一和第二电极来形成平行板谐振器。
8.根据权利要求7的有涂层声波器件传感器，还包括第三电极，所述第三电极沉积在包括所述传感区域的面相反的面上，其中：
所述第一和第二电极形成输入平行谐振器；
所述第一和第三电极形成输出平行谐振器；
所述输入和输出谐振器足够靠近，以将声能从所述输入谐振器耦合到所述输出谐振器中，用于形成多极耦合的谐振器滤波器。
9.根据前述权利要求中任一项的有涂层声波器件传感器，其特征还在于耦合到所述DLC层的化学选择性探测器。
10.根据前述权利要求中任一项的有涂层声波器件传感器，其中所述受保护的电极被连接为电化学测量中的工作电极。
11.一种钝化电极的方法，所述方法的特征在于以下步骤：
将阻挡层沉积到所述电极上，所述阻挡层包括至少一种选自由钽、铌、钒、钼及其组合所组成的组的金属；以及
将包括类金刚石碳(DLC)的耐磨层沉积到所述阻挡层上。
12.根据权利要求11的方法，还包括沉积粘附层的步骤，所述粘附层设置在所述电极和所述阻挡层之间。
13.根据权利要求12的方法，其中所述粘附层包括选自由钛、锆、铬、钒、铌、钽或其组合所组成的组的金属。
14.根据权利要求11-13中任一项的方法，其中所述DLC是硼掺杂的金刚石。
15.根据权利要求11-14中任一项的方法，其特征在于所述电极被沉积在声波器件上。
16.根据权利要求11-15中任一项的方法，其特征还在于将化学选择性探测器沉积到所述DLC层上的步骤。
17.根据权利要求11-16中任一项的方法，其特征还在于采用所述DLC层作为电化学测量中的工作电极。
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