CN105043575A - 一种高灵敏度薄膜型电阻温度传感器及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高灵敏度薄膜型电阻温度传感器及制造方法，涉及传感器技术领域，其特征在于：所述高灵敏度薄膜型电阻温度传感器包括衬底(1)和过渡层(2)；其特征是：所述衬底(1)包括两个衬底薄膜，所述过渡层(2)的边缘搭接于两个衬底薄膜上，并固接为一体；在所述的过渡层(2)上生长有图案薄膜电阻层(3)，在所述图案薄膜电阻层(3)上设有图案金属电极层(4)。通过采用上述技术方案，本发明中衬底和过渡层之间的接触面积急剧减少，因此避免了衬底快速的导热效应，从而降低了衬底热传递系数，提高了薄膜电阻传感器的温度灵敏度。

Description

一种高灵敏度薄膜型电阻温度传感器及制造方法
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及一种高灵敏度薄膜型电阻温度传感器。
背景技术
现有的金属薄膜电阻温度传感器，是在传感器衬底上直接沉积金属薄膜电阻层，或者先在衬底上先沉积过渡层，接着在过渡层上沉积金属薄膜电阻层，金属薄膜电阻随外界温度变化而变化，实现温度信号的测试。这种结构的缺点是：由于金属薄膜电阻层与衬底，或者过渡层与衬底完全接触，金属薄膜电阻层吸收的热量将迅速传递给衬底，导致传感器的热传导系数过高，从而影响传感器的灵敏度。同时由于金属薄膜材料具有较大的噪声等效功率，会导致测试的不稳定，影响测试结果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种高灵敏度的薄膜型锰氧化物La0.7Sr0.3MnO3电阻温度传感器，该温度传感器热传导系数较小，在室温条件下灵敏度较高，噪声等效功率较小。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种高灵敏度薄膜型电阻温度传感器，包括衬底(1)和过渡层(2)；其特征是：所述衬底(1)包括两个衬底薄膜，所述过渡层(2)的边缘搭接于两个衬底薄膜上，并固接为一体；在所述的过渡层(2)上生长有图案薄膜电阻层(3)，在所述图案薄膜电阻层(3)上设有图案金属电极层(4)。
进一步：所述过渡层(2)通过超真空分子束外延方法在衬底(1)上沉积。
所述图案薄膜电阻层(3)通过脉冲激光沉积法在过渡层(2)上生长。
所述图案金属电极层(4)通过脉冲激光沉积法在图案薄膜电阻层(3)上生长。
所述衬底(1)为Si。
所述过渡层(2)为SrTiO3。
所述图案薄膜电阻层(3)为锰氧化物La0.7Sr0.3MnO3。
所述图案金属电极层(4)为金层。
一种高灵敏度薄膜型电阻温度传感器的制造方法，其特征是：包括如下步骤：
步骤101、在温度为670℃、蒸馏臭氧压力为6.7×10-5Pa条件下，采用超真空分子束外延方法在经过清洗的衬底(1)上沉积得到厚度为20nm的过渡层(2)；
步骤102、在温度为720℃和34.7Pa氧气压力下，采用脉冲激光沉积方法在过渡层(2)上制备厚度为75nm的图案薄膜电阻层(3)和厚度为10nm的图案金属电极层(4)；
步骤103、将树脂层置于上述图案金属电极层(4)上，使用图案电极掩膜板置于树脂层上，并通过紫外线刻蚀技术去除周围多余的金层；
步骤104、采用湿法刻蚀技术去除树脂层，得到图案金属电极层(4)；在上述的图案金属电极层(4)上置入树脂层，并使用图案薄膜电阻模板置于图案薄膜电阻层(3)；
步骤105、采用离子刻蚀技术去除多余的树脂层和图案薄膜电阻层(3)，形成图案薄膜电阻层(3)和图案金属电极层(4)，其中图案薄膜电阻的宽度为4μm，长度为150μm；
步骤106、对上述多层薄膜结构采用反应离子刻蚀方法去除中间衬底(1)。
本发明具有的优点和积极效果是：通过采用上述技术方案，本发明中衬底和过渡层之间的接触面积急剧减少，因此避免了衬底快速的导热效应，从而降低了衬底热传递系数，提高了薄膜电阻传感器的温度灵敏度。同时采用脉冲激光沉积法在过渡层上生长锰氧化物La0.7Sr0.3MnO3材料，降低了薄膜电阻层的噪声等效功率，使传感器的温度测试稳定性和精度得到提高。通过性能测试，本高精度薄膜电阻温度传感器在295-355K的温度范围内，其最大灵敏度达到111587.5V/W；在1-100Hz的噪声等效功率仅为3.14×10-12W/Hz1/2。
附图说明
图1是本发明的结构框图；
图2是本发明图案薄膜电阻层和图案金属导电层；
图3是本发明薄膜型锰氧化物La0.7Sr0.3MnO3电阻温度传感器的灵敏度测试图；
图4是本发明薄膜型锰氧化物La0.7Sr0.3MnO3电阻温度传感器的噪声等效功率测试图。
其中：1、衬底；2、过渡层；3、图案薄膜电阻层；4、图案金属电极层；5、边缘点。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1，一种高灵敏度薄膜型电阻温度传感器，包括衬底1和过渡层2；所述衬底1包括两个衬底薄膜，所述过渡层2的边缘搭接于两个衬底薄膜上，并固接为一体；即过渡层2的下表面搭接于衬底薄膜上表面的边缘点5上；在所述的过渡层2上生长有图案薄膜电阻层3，在所述图案薄膜电阻层3上设有图案金属电极层4。本发明的制作工艺包括：在温度为670℃和蒸馏臭氧压力为6.7×10-5Pa条件下，采用超真空分子束外延方法在经过清洗的Si衬底1上沉积得到厚度为20nm的SrTiO3过渡层2；在温度为720℃和34.7Pa氧气压力下，采用脉冲激光沉积方法在SrTiO3过渡层2上制备厚度为75nm的La0.7Sr0.3MnO3薄膜电阻材料层3和厚度为10nm的金电极层4；将树脂层置于上述金电极层4上，使用图案电极掩膜板置于树脂层上，并通过紫外线刻蚀技术去除周围多余的金层，然后采用湿法刻蚀技术去除树脂层，得到图案电极层4；在上述的图案电极层上置入树脂层，并使用图案薄膜电阻模板置于La0.7Sr0.3MnO3薄膜电阻材料层上3，采用离子刻蚀技术去除多余的树脂层和La0.7Sr0.3MnO3薄膜电阻材料层3，形成La0.7Sr0.3MnO3图案薄膜电阻层3和图案电极层4，其中图案薄膜电阻的宽度为4μm，长度为150μm；对上述多层薄膜结构采用反应离子刻蚀方法去除中间Si衬底层1，形成悬空的SrTiO3过渡层2/La0.7Sr0.3MnO3图案薄膜电阻层3/金电极层结构4。进一步：所述过渡层2通过超真空分子束外延方法在衬底1上沉积。所述图案薄膜电阻层3通过脉冲激光沉积法在过渡层2上生长。所述图案金属电极层4通过脉冲激光沉积法在图案薄膜电阻层3上生长。所述衬底1为Si。所述过渡层2为SrTiO3。所述图案薄膜电阻层3为锰氧化物La0.7Sr0.3MnO3。所述图案金属电极层4为金层。
上述高灵敏度薄膜型电阻温度传感器的制造方法，包括如下步骤：
步骤101、在温度为670℃、蒸馏臭氧压力为6.7×10-5Pa条件下，采用超真空分子束外延方法在经过清洗的衬底1上沉积得到厚度为20nm的过渡层2；
步骤102、在温度为720℃和34.7Pa氧气压力下，采用脉冲激光沉积方法在过渡层2上制备厚度为75nm的图案薄膜电阻层3和厚度为10nm的图案金属电极层4；
步骤103、将树脂层置于上述图案金属电极层4上，使用图案电极掩膜板置于树脂层上，并通过紫外线刻蚀技术去除周围多余的金层；
步骤104、采用湿法刻蚀技术去除树脂层，得到图案金属电极层4；在上述的图案金属电极层4上置入树脂层，并使用图案薄膜电阻模板置于图案薄膜电阻层3；
步骤105、采用离子刻蚀技术去除多余的树脂层和图案薄膜电阻层3，形成图案薄膜电阻层3和图案金属电极层4，其中图案薄膜电阻的宽度为4μm，长度为150μm；
步骤106、对上述多层薄膜结构采用反应离子刻蚀方法去除中间衬底1。
请参阅图2，图案薄膜电阻层3为直线型桥路结构。这种结构能够最大限度地减少噪声；所述的图案金属电极层3为正方形四电极结构，其中两金属电极连接电流的正负端(I+，I-)，另外两金属电极连接电压的正负端(V+，V-)。
请参阅图3，在295K-355K的温度范围内，该温度传感器的灵敏度随着温度的变化而增加，在温度为330K时到达最大值110000V/W后，随着温度的增加而逐步减小。该最大灵敏度值大于薄膜型铂电阻温度传感器的22000V/W灵敏度值。
请参阅图4，在1-100Hz的噪声等效功率为3.14×10-12W/Hz1/2。该噪声等效功率小于于薄膜型铂电阻温度传感器的2.51×10-11W/Hz1/2噪声等效功率。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种高灵敏度薄膜型电阻温度传感器，其特征在于：包括衬底(1)和过渡层(2)；其特征是：所述衬底(1)包括两个衬底薄膜，所述过渡层(2)的边缘搭接于两个衬底薄膜上，并固接为一体；在所述的过渡层(2)上生长有图案薄膜电阻层(3)，在所述图案薄膜电阻层(3)上设有图案金属电极层(4)。
2.根据权利要求1所述高灵敏度薄膜型电阻温度传感器，其特征是：所述过渡层(2)通过超真空分子束外延方法在衬底(1)上沉积。
3.根据权利要求2所述高灵敏度薄膜型电阻温度传感器，其特征是：所述图案薄膜电阻层(3)通过脉冲激光沉积法在过渡层(2)上生长。
4.根据权利要求3所述高灵敏度薄膜型电阻温度传感器，其特征是：所述图案金属电极层(4)通过脉冲激光沉积法在图案薄膜电阻层(3)上生长。
5.根据权利4所述高灵敏度薄膜型电阻温度传感器，其特征是：所述衬底(1)为Si。
6.根据权利5所述高灵敏度薄膜型电阻温度传感器，其特征是：所述过渡层(2)为SrTiO3。
7.根据权利6所述高灵敏度薄膜型电阻温度传感器，其特征是：所述图案薄膜电阻层(3)为锰氧化物La0.7Sr0.3MnO3。
8.根据权利7所述高灵敏度薄膜型电阻温度传感器，其特征是：所述图案金属电极层(4)为金层。
9.一种如权利要求8所述高灵敏度薄膜型电阻温度传感器的制造方法，其特征是：包括如下步骤：
步骤101、在温度为670℃、蒸馏臭氧压力为6.7×10-5Pa条件下，采用超真空分子束外延方法在经过清洗的衬底(1)上沉积得到厚度为20nm的过渡层(2)；
步骤102、在温度为720℃和34.7Pa氧气压力下，采用脉冲激光沉积方法在过渡层(2)上制备厚度为75nm的图案薄膜电阻层(3)和厚度为10nm的图案金属电极层(4)；
步骤103、将树脂层置于上述图案金属电极层(4)上，使用图案电极掩膜板置于树脂层上，并通过紫外线刻蚀技术去除周围多余的金层；
步骤104、采用湿法刻蚀技术去除树脂层，得到图案金属电极层(4)；在上述的图案金属电极层(4)上置入树脂层，并使用图案薄膜电阻模板置于图案薄膜电阻层(3)；
步骤105、采用离子刻蚀技术去除多余的树脂层和图案薄膜电阻层(3)，形成图案薄膜电阻层(3)和图案金属电极层(4)，其中图案薄膜电阻的宽度为4μm，长度为150μm；
步骤106、对上述多层薄膜结构采用反应离子刻蚀方法去除中间衬底(1)。
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