RU89240U1 - DIAMOND PRESSURE SENSOR - Google Patents

DIAMOND PRESSURE SENSOR Download PDF

Info

Publication number
RU89240U1
RU89240U1 RU2009131154/22U RU2009131154U RU89240U1 RU 89240 U1 RU89240 U1 RU 89240U1 RU 2009131154/22 U RU2009131154/22 U RU 2009131154/22U RU 2009131154 U RU2009131154 U RU 2009131154U RU 89240 U1 RU89240 U1 RU 89240U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
diamond
pressure sensor
silicon wafer
film
silicon
Prior art date
Application number
RU2009131154/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Александрович Алтухов
Сергей Анатольевич Львов
Анатолий Валерианович Митенкин
Александр Юрьевич Митягин
Александр Васильевич Могучев
Александр Леонидович Рыжков
Original Assignee
Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации filed Critical Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Priority to RU2009131154/22U priority Critical patent/RU89240U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU89240U1 publication Critical patent/RU89240U1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

Алмазный датчик давления, содержащий первую кремниевую пластину, на которой расположены термоусадочные столбики, и чувствительный элемент из поликристаллического CVD алмаза, скрепленный с упомянутыми столбиками, отличающийся тем, что термоусадочные столбики выполнены из полиуретана, а обращенные друг к другу стороны первой кремниевой пластины и чувствительного элемента покрыты слоем металлизации, при этом чувствительный элемент выполнен путем нанесения пленки поликристаллического CVD алмаза на поверхность второй кремниевой пластины и выполнения отверстия в последней травлением ее с противоположной стороны.A diamond pressure sensor comprising a first silicon wafer on which shrink columns are located, and a polycrystalline CVD diamond sensing element bonded to said columns, characterized in that the heat shrink columns are made of polyurethane and the sides of the first silicon wafer and the sensing element face each other covered with a metallization layer, while the sensitive element is made by applying a film of polycrystalline CVD diamond on the surface of the second silicon wafer and making holes in the latter by etching it from the opposite side.

Description

Полезная модель относится к конструкции алмазного датчика давления в области электроники и может быть использована в различных видах промышленности для измерения давления при воздействии повышенной температуры, ионизирующего излучения, химических агрессивных сред.The utility model relates to the design of a diamond pressure sensor in the field of electronics and can be used in various industries for measuring pressure when exposed to elevated temperature, ionizing radiation, and chemical aggressive environments.

Известны конструкции датчиков давления емкостного типа. Принцип работы этих датчиков основан на изменении емкости конденсатора от приложенной нагрузки на одну из обкладок конденсатора (1).Known designs of capacitive pressure sensors. The principle of operation of these sensors is based on a change in the capacitance of the capacitor from the applied load on one of the capacitor plates (1).

Известна конструкция емкостного датчика давления (2). Датчик давления содержит нижний электрод конденсатора, состоящий из кремниевой подложки, в которой сформирована мембрана с последовательно расположенным эпитаксиальным слоем фторида кальция, над которым через воздушный зазор расположен слой металлизации, который является верхним электродом конденсатора, нанесенным на пластину кремния, приваренную к эпитаксиальному слою кремния.A known design of a capacitive pressure sensor (2). The pressure sensor contains a lower capacitor electrode, consisting of a silicon substrate, in which a membrane is formed with a sequentially located epitaxial layer of calcium fluoride, over which a metallization layer is located through the air gap, which is the upper capacitor electrode deposited on a silicon plate welded to the silicon epitaxial layer.

Датчик работает следующим образом.The sensor operates as follows.

При воздействии давления на мембрану, сформированную в подложке сильно легированного кремния и являющуюся нижним электродом конденсатора, она прогибается, меняя расстояние между нижним электродом и верхним, которым является слой металлизации второй пластины кремния, и меняет, таким образом, емкость. При этом пропорционально изменению емкости меняется выходной сигнал в специальной измерительной схеме, в которую датчик включен. Изменение выходного электрического сигнала пропорционально перемещению мембраны, которое, в свою очередь, пропорционально давлению, вызывающее это перемещение.When pressure is applied to the membrane formed in the highly doped silicon substrate and which is the lower electrode of the capacitor, it bends, changing the distance between the lower electrode and the upper one, which is the metallization layer of the second silicon wafer, and thus changes the capacitance. In this case, in proportion to the change in capacitance, the output signal changes in a special measuring circuit in which the sensor is included. A change in the output electrical signal is proportional to the movement of the membrane, which, in turn, is proportional to the pressure causing this movement.

Недостатками известной конструкции (2) являются:The disadvantages of the known designs (2) are:

- сравнительно ограниченный температурный диапазон работоспособности;- a relatively limited temperature range of performance;

- невысокая радиационная стойкость;- low radiation resistance;

- не значительная химическая стойкость.- not significant chemical resistance.

Расширение диапазонов измерений датчика давления может быть достигнута выполнением мембраны в виде алмазной пленки.The expansion of the measurement ranges of the pressure sensor can be achieved by making the membrane in the form of a diamond film.

Использование алмазных пленок со специально введенными примесями в качестве полупроводниковых материалов описано в (3).The use of diamond films with specially introduced impurities as semiconductor materials is described in (3).

Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является алмазный датчик давления, содержащий первую кремниевую пластину, на которой расположены термоусадочные элементы, и чувствительный элемент из поликристаллического CVD алмаза, скрепленный с упомянутыми термоусадочными элементами (4).The closest analogue of the claimed utility model is a diamond pressure sensor containing a first silicon wafer on which heat-shrink elements are located, and a sensitive element made of polycrystalline CVD diamond, bonded to these heat-shrink elements (4).

Поликристаллический CVD (Chemical Vapor Deposition) алмаз широко известен (см., например, (4).Polycrystalline CVD (Chemical Vapor Deposition) diamond is widely known (see, for example, (4).

Указанный алмазный датчик имеет широкий диапазон измерений, он является универсальным. Однако широта диапазона и универсальность указанного алмазного датчика давления отрицательно влияет на точность измерений. При этом в ряде случаев требуется проводить точные измерения какого-либо одного параметра.The specified diamond sensor has a wide range of measurements, it is universal. However, the breadth of the range and the versatility of the specified diamond pressure sensor adversely affects the accuracy of the measurements. Moreover, in some cases, it is required to carry out accurate measurements of any one parameter.

Технический результат, на достижение которого направлено создание полезной модели, является повышение точности измерений при сохранении широкого диапазона измерений.The technical result, the achievement of which is aimed at creating a utility model, is to increase the accuracy of measurements while maintaining a wide range of measurements.

Технический результат достигается тем, что в алмазном датчике давления, содержащем первую кремниевую пластину, на которой расположены термоусадочные элементы, и чувствительный элемент из поликристаллического CVD алмаза, скрепленный с упомянутыми термоусадочными элементами, согласно полезной модели, термоусадочные элементы выполнены из полиуретана, а обращенные друг к другу стороны первой кремниевой пластины и чувствительного элемента покрыты слоем металлизации, при этом чувствительный элемент выполнен путем нанесения пленки поликристаллического CVD алмаза на поверхность второй кремниевой пластины и выполнения отверстия в последней травлением ее с противоположной стороны.The technical result is achieved by the fact that in a diamond pressure sensor containing a first silicon wafer on which heat-shrink elements are located, and a sensitive element made of polycrystalline CVD diamond, bonded with the heat-shrink elements, according to the utility model, the heat-shrink elements are made of polyurethane, and facing each other to each other, the sides of the first silicon wafer and the sensitive element are coated with a metallization layer, while the sensitive element is made by applying a polycr film -crystal CVD diamond on the surface of the second silicon plate and the openings in the final etching it from the opposite side.

Полезная модель поясняется чертежом.The utility model is illustrated in the drawing.

На фиг.1 изображен алмазный датчик давления в разобранном виде, общий вид, аксонометрия;Figure 1 shows a diamond pressure sensor disassembled, a General view, a perspective view;

На фиг.2 изображена в процессе изготовления алмазного датчика давления первая кремниевая пластина до нанесения слоя металлизации, вид сбоку;Figure 2 shows in the manufacturing process of the diamond pressure sensor the first silicon wafer before applying the metallization layer, side view;

На фиг.3 изображена в процессе изготовления алмазного датчика давления первая кремниевая пластина после нанесения слоя металлизации (алюминия), вид сбоку;Figure 3 shows in the manufacturing process of the diamond pressure sensor the first silicon wafer after applying a layer of metallization (aluminum), side view;

На фиг.4 изображена в процессе изготовления алмазного датчика давления первая кремниевая пластина после нанесения слоя металлизации (алюминия) и приварки алюминиевого электрода, вид сбоку;Figure 4 shows in the manufacturing process of the diamond pressure sensor the first silicon wafer after applying a layer of metallization (aluminum) and welding of an aluminum electrode, side view;

На фиг.5 изображена в процессе изготовления алмазного датчика давления вторая кремниевая пластина до нанесения слоя металлизации (алюминия), вид сбоку;Figure 5 shows in the manufacturing process of the diamond pressure sensor a second silicon wafer before applying a metallization layer (aluminum), side view;

На фиг.6 изображена в процессе изготовления алмазного датчика давления вторая кремниевая пластина после нанесения с одной его стороны слоя из поликристаллического CVD алмаза толщиной 12 мкм, а с другой его стороны слоя из поликристаллического CVD алмаза толщиной 3 мкм (маска для травления), вид сбоку;6 shows a second silicon wafer during manufacturing of a diamond pressure sensor after applying a layer of polycrystalline CVD diamond on one side of it with a thickness of 12 μm, and on the other side of it a layer of polycrystalline CVD diamond with a thickness of 3 μm (etching mask), side view ;

На фиг.7 изображена в процессе изготовления алмазного датчика давления вторая кремниевая пластина после формирования лазерным лучом чувствительного элемента в виде консоли из поликристаллического CVD алмаза и проведения по маске травления кремния, вид сверху;Figure 7 shows in the process of manufacturing a diamond pressure sensor a second silicon wafer after the laser beam forms a sensing element in the form of a cantilever of polycrystalline CVD diamond and conducting silicon etching mask, top view;

На фиг.8 - то же, сечение А-А фиг.7;In Fig.8 is the same, section aa of Fig.7;

На фиг.9 - то же сечение А-А после формирования лазерным лучом чувствительного элемента в виде консоли из поликристаллического CVD алмаза, проведения по маске травления кремния и нанесения слоя металлизации (алюминий) на консоль из поликристаллического CVD алмаза, толщиной 12 мкм;Figure 9 is the same section AA after the laser beam is formed of a sensing element in the form of a cantilever of polycrystalline CVD diamond, conducting a silicon etching mask and applying a metallization layer (aluminum) to the cantilever of polycrystalline CVD diamond, 12 μm thick;

На фиг.10 - то же сечение А-А после приварки алюминиевого электрода;Figure 10 is the same section aa after welding the aluminum electrode;

На фиг.11 изображен изготовленный алмазный датчик давления, части которого соединены термоусадочными полиуретановыми элементами (столбиками) (поперечное сечение).11 shows a manufactured diamond pressure sensor, parts of which are connected by heat-shrinkable polyurethane elements (columns) (cross section).

На фиг.12 изображена сборка алмазного датчика давления, аксонометрия;12 shows an assembly of a diamond pressure sensor, a perspective view;

На фиг.13 изображена структурная схема системы регистрации параметоров алмазного датчика давления.On Fig depicts a structural diagram of a system for recording parameters of a diamond pressure sensor.

Алмазный датчик давления 1 содержит первую кремниевую пластину 2, слой металлизации 3 первой кремниевой пластины 2, например, из алюминия, с электродом 4, в частности, также изготовленным из алюминия, термоусадочные элементы (столбики) 5, выполненные из полиуретана (фиг.1). Кроме того, алмазный датчик давления содержит вторую кремниевую пластину 6 с отверстием 7 в ней, чувствительный элемент 8 из поликристаллического CVD алмаза в виде пленки поликристаллического CVD алмаза. Чувствительный элемент 8 в виде пленки поликристаллического CVD алмаза покрыт слоем металлизации 9 чувствительного элемента, например, алюминием. К слою металлизации 9 чувствительного элемента присоединен электрод 10, в частности, также изготовленный из алюминия (фиг.1). Все вышеперечисленные элементы соединяются между собой в процессе изготовления, который осуществляется в следующем порядке.The diamond pressure sensor 1 contains a first silicon wafer 2, a metallization layer 3 of the first silicon wafer 2, for example of aluminum, with an electrode 4, in particular also made of aluminum, heat-shrinkable elements (columns) 5 made of polyurethane (figure 1) . In addition, the diamond pressure sensor contains a second silicon wafer 6 with an opening 7 therein, a polycrystalline CVD diamond sensing element 8 in the form of a polycrystalline CVD diamond film. The sensor element 8 in the form of a polycrystalline CVD diamond film is coated with a metallization layer 9 of the sensor element, for example, aluminum. An electrode 10 is connected to the metallization layer 9 of the sensing element, in particular also made of aluminum (Fig. 1). All of the above elements are interconnected during the manufacturing process, which is carried out in the following order.

Сначала берут первую кремниевую пластину 2 (фиг.2) и наносят на нее слой металлизации 3 (алюминия) (фиг.3).First, take the first silicon wafer 2 (figure 2) and put on it a layer of metallization 3 (aluminum) (figure 3).

После этого на вторую кремниевую пластину 6 (фиг.5) наносят чувствительный элемент 8 из поликристаллического CVD алмаза в виде пленки поликристаллического CVD алмаза толщиной 12 мкм, а с другой стороны второй кремниевой пластины 6 наносят пленку 11 (или слой) (маску) из поликристаллического CVD алмаза толщиной 3 мкм (фиг.6). Далее формируют лазерным лучом чувствительный элемент 8 и по пленке 11 (маске) из поликристаллического CVD алмаза толщиной 3 мкм) проводят травление кремния второй кремниевой пластины 6 с обратной ее стороны. После этого наносят слой металлизации 9 (алюминий) на чувствительный элемент 8, представляющий собой пленку из поликристаллического CVD алмаза толщиной 12 мкм (фиг.9).After that, the second silicon wafer 6 (Fig. 5) is coated with a polycrystalline CVD diamond sensing element 8 in the form of a 12 μm thick polycrystalline CVD diamond film, and on the other side of the second silicon wafer 6, a polycrystalline film 11 (or layer) (mask) is applied CVD diamond with a thickness of 3 μm (Fig.6). Next, a sensing element 8 is formed with a laser beam and silicon etching of the second silicon wafer 6 from the reverse side thereof is carried out on a film 11 (mask) of polycrystalline CVD diamond 3 μm thick). After that, a metallization layer 9 (aluminum) is applied to the sensitive element 8, which is a film of polycrystalline CVD diamond with a thickness of 12 μm (Fig. 9).

Для окончательной сборки алмазного датчика давления сначала приваривают электрод 4 к слою металлизации 3 (фиг.4), а электрод 10 к слою металлизации 9 (фиг.10), а затем скрепляют между собой при помощи термоусадочных элементов 5 из полиуретана (более подробно процесс изготовления алмазного датчика давления описан ниже).For the final assembly of the diamond pressure sensor, the electrode 4 is first welded to the metallization layer 3 (Fig. 4), and the electrode 10 to the metallization layer 9 (Fig. 10), and then fastened together using heat-shrinkable elements 5 made of polyurethane (in more detail, the manufacturing process diamond pressure sensor is described below).

На фиг.12 показана сборка алмазного датчика давления в аксонометрии. Текучую среду, давление которой необходимо измерить подводится к отверстию 7 с помощью трубки 12 с выходным отверстием 13. Алмазный датчик давления имеет крышку 14.12 shows an assembly of a diamond pressure sensor in a perspective view. The fluid, the pressure of which must be measured, is supplied to the hole 7 using the tube 12 with the outlet 13. The diamond pressure sensor has a cover 14.

На указанной фиг.12 показана первая кремниевая пластина 2, на которой расположены слой металлизации 3, являющийся проводящей обкладкой конденсатора, и термоусадочные элементы 5 (столбики), предназначенные для разделения обкладок конденсатора термоусадочной полиуретановой пленкой). Эта часть алмазного датчика играет роль основания (иначе эту часть можно назвать «нижним основанием», «нижней частью алмазного датчика давлениям). На второй кремниевой пластине 6 расположен активный чувствительный элемент 8 в виде мембраны со слоем металлизации 9, являющийся второй обкладкой конденсатора (иначе эту часть можно назвать «верхней пластиной», «верхней частью алмазного датчика давлениям).On the indicated Fig.12 shows the first silicon wafer 2, on which the metallization layer 3, which is the conductive lining of the capacitor, and the heat-shrinkable elements 5 (columns), designed to separate the lining of the capacitor shrink polyurethane film). This part of the diamond sensor plays the role of the base (otherwise this part can be called the “lower base”, “the lower part of the diamond pressure sensor). On the second silicon wafer 6 there is an active sensing element 8 in the form of a membrane with a metallization layer 9, which is the second lining of the capacitor (otherwise this part can be called the “upper plate”, “the upper part of the diamond pressure sensor).

Принцип работы алмазного датчика давления основан на изменении емкости конденсатора образованного слоем металлизации 3, неподвижно располагающимся на первой кремниевой пластине 2, и подвижным слоем металлизации 9, располагающимся на чувствительном элементе 8 при изменении давления текучей среды, например, газа или жидкости, которая через отверстие 7 воздействует на чувствительный элемент 8, прогибая его. Слои металлизации 3 и 9 образуют обкладки конденсатора.The principle of operation of the diamond pressure sensor is based on a change in the capacitance of the capacitor formed by the metallization layer 3, which is stationary on the first silicon wafer 2, and a movable metallization layer 9, located on the sensing element 8 when the pressure of the fluid, for example, gas or liquid, changes through the opening 7 acts on the sensing element 8, bending it. Metallization layers 3 and 9 form the capacitor plates.

При отсутствии давления текучей среды на чувствительный элемент 8 слой металлизации 9, располагающийся на нем, располагается параллельно неподвижному слою металлизации 3. При подаче текучей среды по трубке 12 от действия давления текучей среды на чувствительный элемент 8 он прогнется. Вместе с ним прогнется и слой металлизации 9, располагающийся на чувствительном элементе 8. Расстояние между ним и неподвижным слоем металлизации 3 изменится, что ведет к изменению емкости между подвижным слоем металлизации 9 и неподвижным слоем металлизации 3.In the absence of fluid pressure on the sensing element 8, the metallization layer 9 located on it is parallel to the stationary metallization layer 3. When the fluid is supplied through the tube 12 from the action of the pressure of the fluid on the sensing element 8, it will bend. Along with it, the metallization layer 9 located on the sensitive element 8 will bend. The distance between it and the fixed metallization layer 3 will change, which leads to a change in the capacitance between the movable metallization layer 9 and the fixed metallization layer 3.

Данное изменение будет зафиксировано и преобразовано в код в преобразователе емкость-код 15 (фиг.13). После этого код будет направлен в устройство 16 управления и сбора информации, а оттуда - в персональный компьютер 17.This change will be recorded and converted into code in the converter capacity-code 15 (Fig.13). After that, the code will be sent to the device 16 for managing and collecting information, and from there to the personal computer 17.

Пленка поликристаллического CVD алмаза является основным упругим элементом в алмазном датчике давления, из которой изготовлен чувствительный элемент 8. Благодаря таким ее уникальным свойствам, как чрезвычайно высокая твердость, высокая теплопроводность, прозрачность в широком оптическом диапазоне, большое удельное сопротивление, достигается повышение точности измерений при сохранении широкого диапазона измерений.Polycrystalline CVD diamond film is the main elastic element in the diamond pressure sensor from which the sensitive element 8 is made. Due to its unique properties such as extremely high hardness, high thermal conductivity, transparency in a wide optical range, large resistivity, an increase in measurement accuracy is achieved while maintaining wide range of measurements.

Заявитель считает необходимым обратить внимание на следующую особенность заявленного устройства.The applicant considers it necessary to pay attention to the following feature of the claimed device.

Использование упругого чувствительного элемента 8 из поликристаллической пленки CVD алмаза, нанесенной на кремниевую пластину, позволило при разработке технологии изготовления применить стандартное технологическое оборудование для изготовления изделий микроэлектроники.The use of an elastic sensing element 8 made of a CVD polycrystalline diamond film deposited on a silicon wafer made it possible to use standard technological equipment for the manufacture of microelectronics products when developing the manufacturing technology.

Для изготовления чувствительного элемента 8 из поликристаллической пленки CVD алмаза был разработан процесс глубокого анизотропного травления кремния. Уникальность свойств пленки синтетического алмаза, а именно, высокая химическая стойкость к любым кислотам и щелочам, позволила использовать ее и в качестве упругого элемента, и в качестве стопора глубокого травления, и в качестве маски глубокого травления кремния.A deep anisotropic etching process of silicon was developed to fabricate the sensitive element 8 from a polycrystalline CVD diamond film. The uniqueness of the properties of a synthetic diamond film, namely, high chemical resistance to any acids and alkalis, made it possible to use it as an elastic element, as a stop for deep etching, and as a mask for deep etching of silicon.

Далее заявитель считает необходимым несколько подробнее остановиться на технологии изготовления алмазного датчика давления, в частности, на установке газофазного осаждения алмазных пленок.Further, the applicant considers it necessary to dwell in more detail on the manufacturing technology of the diamond pressure sensor, in particular, on the installation of gas-phase deposition of diamond films.

Источником СВЧ мощности является магнетрон 1, генерирующий на частоте 2,45 ГГц. Энергия по волноводу поступает в реактор, где зажигается разряд в области над подложкой 5, на которую осаждается алмазная пленка. Контроль процесса осаждения осуществляется с применением оптической электронной микроскопии 6 и другого оборудования. Ориентировочная продолжительность процесса составляет 4 часа.The source of microwave power is magnetron 1, generating at a frequency of 2.45 GHz. Energy is fed through the waveguide to the reactor, where a discharge is ignited in the region above the substrate 5, on which the diamond film is deposited. The deposition process is monitored using optical electron microscopy 6 and other equipment. The estimated duration of the process is 4 hours.

Данная информация выходит за рамки полезной модели, не является ее предметом и поэтому подробно не раскрываетсяThis information is beyond the scope of the utility model, is not its subject and therefore is not disclosed in detail.

Важный шаг в получении и использовании алмазных материалов был сделан с развитием технологии роста алмазных материалов из газовой фазы, не требующей высокого давления. Именно плазменные "тонкопленочные" технологии позволяют получать пленки высокого качества. В этом процессе атомы углерода, образующиеся в объеме плазмы при диссоциации молекул углеводородов, чаще всего метана СН4, при определенных условиях, конденсируются на поверхности подложки в кристаллическую решетку алмаза. Среда с высоким содержанием химически активных радикалов и ионов создастся с помощью возбуждения в газовой смеси какого-либо типа разряда - тлеющего, микроволнового, дугового или других. Важную роль в этом методе играет также взаимодействие создаваемой газоразрядной плазмы с поверхностью, на которой происходит осаждение материала.An important step in obtaining and using diamond materials was made with the development of technology for the growth of diamond materials from the gas phase, which does not require high pressure. It is plasma "thin-film" technology that allows you to get high-quality films. In this process, carbon atoms formed in the plasma volume during the dissociation of hydrocarbon molecules, most often methane CH4, under certain conditions, condense on the surface of the substrate into a diamond crystal lattice. An environment with a high content of chemically active radicals and ions will be created by excitation in the gas mixture of any type of discharge - glow, microwave, arc or others. An important role in this method is also played by the interaction of the generated gas-discharge plasma with the surface on which the material is deposited.

В задачах создания микроэлектронных устройств на основе алмаза наибольший интерес представляют алмазные пленки достаточно высокого качества, получаемые в СВЧ плазме. Осаждение алмазной пленки осуществляется в ходе химической реакции на подложках из полированного кремния в плазме разряда постоянного тока, инициированной в смеси водорода и метана. Давление газовой смеси составляет 10 кПа, напряжение разряда - 700 В, температура подложки определяется током разряда и составляет от 700 до 1100°С.In the tasks of creating microelectronic devices based on diamond, the most interesting are diamond films of a sufficiently high quality, obtained in a microwave plasma. The diamond film is deposited during a chemical reaction on polished silicon substrates in a direct current discharge plasma initiated in a mixture of hydrogen and methane. The pressure of the gas mixture is 10 kPa, the discharge voltage is 700 V, the substrate temperature is determined by the discharge current and ranges from 700 to 1100 ° C.

Пленка поликристаллического CVD алмаза, использованная для изготовления алмазного датчика давления, получена аналогичным способом.The polycrystalline CVD diamond film used to make the diamond pressure transducer was obtained in a similar manner.

Конкретный пример.Specific example.

На лицевую сторону кремниевой пластины КЭФ (4, 5) диаметром 76 мм была нанесена пленка CVD алмаза толщиной 12-14 мкм. Эта пленка является достаточно прочной для изготовления круглой мембраны для алмазного датчика давления.A CVD diamond film 12-14 μm thick was deposited on the front side of a KEF silicon wafer (4, 5) with a diameter of 76 mm. This film is strong enough to make a round membrane for a diamond pressure transducer.

На обратную сторону кремниевой пластины была нанесена пленка поликристаллического CVD алмаза толщиной 2-3 мкм. Эта пленка использовалась в качестве маски при проведении процесса глубокого анизотропного травления кремния.A polycrystalline CVD diamond film of a thickness of 2-3 μm was deposited on the reverse side of the silicon wafer. This film was used as a mask during the process of deep anisotropic etching of silicon.

Нанесение синтетической алмазной пленки проводили на установке синтеза алмаза при низких давлениях. Процесс синтеза основан на разложении метана в смеси водорода и последующем осаждении алмаза на нагретую подложку. Скорость нанесения поликристаллической алмазной пленки составляла 2-3 мкм/час.The synthetic diamond film was deposited on a diamond synthesis unit at low pressures. The synthesis process is based on the decomposition of methane in a mixture of hydrogen and the subsequent deposition of diamond on a heated substrate. The deposition rate of a polycrystalline diamond film was 2-3 μm / h.

Как отмечалось ранее, принцип работы алмазного датчика давления основан на изменении емкости конденсатора образованного неподвижной пластиной (неподвижным слоем металлизации) и «подвижными слоем металлизации на чувствительном элементе алмазного датчика, при изменении давления текучей среды.As noted earlier, the principle of operation of a diamond pressure sensor is based on a change in the capacitance of the capacitor formed by a fixed plate (a fixed metallization layer) and a "moving metallization layer on the sensitive element of the diamond sensor, when the pressure of the fluid changes.

Датчик может быть изготовлен в результате выполнения следующих основных технологических операций:The sensor can be manufactured as a result of the following basic technological operations:

- химическая обработка полупроводниковых и алмазных пластин;- chemical treatment of semiconductor and diamond wafers;

- нанесение синтетической алмазной пленки на кремниевую пластину;- applying a synthetic diamond film to a silicon wafer;

- формирование топологии на поверхности алмазной пленки лазерным методом;- formation of topology on the surface of a diamond film by a laser method;

- глубокое травление кремния;- deep etching of silicon;

- нанесение слоев металлизации;- application of metallization layers;

- сборка элементов алмазного датчика давления.- assembly of diamond pressure sensor elements.

При изготовлении ЧЭ (чувствительного элемента) алмазного датчика давления из алмазной пленки, нанесенной на кремниевую пластину, использовалось сочетание планарной технологии с другими технологиями, состоящее в применении глубокого травления кремния, для получения основного чувствительного элемента алмазного датчика: чувствительного элемента 8 (мембраны).In the manufacture of the SE (sensitive element) of a diamond pressure sensor from a diamond film deposited on a silicon wafer, a combination of planar technology with other technologies was used, consisting in the use of deep etching of silicon, to obtain the main sensitive element of the diamond sensor: sensitive element 8 (membrane).

Как отмечалось ранее, использование упругого ЧЭ из поликристаллической пленки CVD алмаза, нанесенной на кремниевую пластину, позволило при разработке технологии изготовления применить стандартное технологическое оборудование для изготовления изделий микроэлектроники.As noted earlier, the use of elastic CE from a polycrystalline CVD diamond film deposited on a silicon wafer made it possible to use standard technological equipment for the manufacture of microelectronics products when developing the manufacturing technology.

Для получения мембраны из пленки CVD алмаза был разработан процесс глубокого анизотропного травления кремния. Уникальность свойств пленки синтетического алмаза, а именно, высокая химическая стойкость к любым кислотам и щелочам, позволила использовать ее и в качестве упругого элемента, и в качестве стопора глубокого травления, и в качестве маски глубокого травления кремния.To obtain a membrane from a CVD diamond film, a process of deep anisotropic etching of silicon was developed. The uniqueness of the properties of a synthetic diamond film, namely, high chemical resistance to any acids and alkalis, made it possible to use it as an elastic element, as a stop for deep etching, and as a mask for deep etching of silicon.

При разработке технологического маршрута изготовления алмазных датчиков давления учитывались такие физические и химические свойства алмаза как:In developing the technological route for manufacturing diamond pressure sensors, the physical and chemical properties of diamond, such as:

- высокая твердость и химическая стойкость (учитывались при проведении операций формирования топологии и химическом травлении);- high hardness and chemical resistance (taken into account during the operations of topology formation and chemical etching);

- графитизация алмаза при высокотемпературных обработках (использовалось при разработке химической обработки);- diamond graphitization during high-temperature treatments (used in the development of chemical treatment);

- низкая адгезия к алмазу различных материалов (учитывалось при разработке технологии напыления металлов и изолирующих материалов на поверхность алмазных пластин).- low adhesion to diamonds of various materials (taken into account when developing the technology of deposition of metals and insulating materials on the surface of diamond plates).

Элементы алмазного датчика давления создавались на изготовленной структуре: алмазная пленка-кремний-алмазная пленка.Elements of the diamond pressure sensor were created on the fabricated structure: diamond film-silicon-diamond film.

Формирование рисунка лазерным лучом проводилось с двух сторон структуры, проблема совмещения топологии верхней и нижней сторон пластины решалась методом расчетов и привязки к нулевой точке.The laser beam was formed from two sides of the structure; the problem of combining the topology of the upper and lower sides of the plate was solved by calculation and reference to the zero point.

Поскольку синтетическая алмазная пленка обладает уникальными свойствами, а именно, она химически стойкая практически во всех кислотах и щелочах, то формирование топологии возможно только с помощью процессов ионного травления или лазерного «рисования» элементов алмазных датчиков.Since a synthetic diamond film has unique properties, namely, it is chemically stable in almost all acids and alkalis, the formation of a topology is possible only using ion etching processes or laser "drawing" of diamond sensor elements.

Как неоднократно отмечалось ранее, чувствительным элементом алмазного датчика давления является оснащенная слоем металлизации алмазная пленка толщиной порядка 12 мкм, расположенная на неподвижном основании монолитного кремния.As repeatedly noted earlier, the sensitive element of the diamond pressure sensor is a diamond film equipped with a metallization layer with a thickness of the order of 12 μm, located on a fixed base of monolithic silicon.

Вторая часть чувствительного элемента, исполняющая роль второй обкладки конденсатора, представляет собой кремниевое основание со слоем металлизации в виде алюминиевой пленки, напыленной по поверхности с выведенным за его пределы проволочным контактом.The second part of the sensitive element, which plays the role of the second lining of the capacitor, is a silicon base with a metallization layer in the form of an aluminum film sprayed over the surface with a wire contact removed beyond its limits.

Таким образом, схема алмазного датчика давления в сборе представляет собой сэндвич из двух обкладок, сочлененных посредством полиуретановых прокладок, полимеризованных в условиях повышенной температуры и давления.Thus, the diagram of the diamond pressure sensor assembly is a sandwich of two plates, articulated by polyurethane gaskets, polymerized under conditions of elevated temperature and pressure.

Очевидно, что номинальные значения емкости в подобных конструкциях зависят от габаритных размеров составляющих деталей, перекрываемых металлизированных площадей и физико-механических свойств, примененных диэлектрических материалов.Obviously, the nominal capacitance values in such structures depend on the overall dimensions of the constituent parts, the overlapped metallized areas and the physico-mechanical properties of the applied dielectric materials.

В данном случае верхняя пластина имеет размеры 7,0×7,0×0,4 мм, а нижняя 7,0×8,0×0,4 мм.In this case, the upper plate has dimensions of 7.0 × 7.0 × 0.4 mm, and the lower 7.0 × 8.0 × 0.4 mm.

Формирование нижних пластин начинается с нанесения металлизированных покрытий на рабочие поверхности стандартных кремниевых пластин, изготовление топологических рисунков на лицевых сторонах будущих кристаллов и реперных знаков для разделения. Далее следует разделение пластин на кристаллы на алмазном скрайбере «Алмаз-М» с последующим разделением пластины на отдельные кристаллы ломкой. После присоединения внешних выводов приваркой, посредством ультразвуковой микросварки, отрезков золотой проволоки ø25 мкм к алюминиевой пленке толщиной порядка 0,8 мкм с дальнейшим усилением токопроводной композицией серебросодержащего контактола К-12Б, нижние обкладки готовы.The formation of the lower plates begins with the application of metallized coatings on the working surfaces of standard silicon wafers, the manufacture of topological patterns on the front sides of future crystals and reference marks for separation. The following is the separation of the plates into crystals on a diamond scraper "Almaz-M" followed by the separation of the plate into individual crystals breaking. After attaching the external leads by welding, by means of ultrasonic microwelding, segments of a gold wire ø25 μm to an aluminum film with a thickness of the order of 0.8 μm with further amplification by the conductive composition of the silver-containing contact K-12B, the lower plates are ready.

Изготовление верхних частей чувствительных элементов начинается с раскроя кремниевых пластин на исходные заготовки. Например, 18 кристаллов размером 7×7 мм размещаются на заготовке 21×42 мм в три ряда по шесть штук в каждом. Это важно, поскольку в процессе изготовления присутствует операция двухстороннего совмещения без сквозных знаков совмещения. Т.е. привязка должна быть осуществлена к одному углу симметричного прямоугольника. Таким образом, кремниевая пластина с нанесенными на ее поверхности «толстым» и «тонким» слоями алмазной пленки, поступает на операцию лазерной резки в виде прямоугольника. Она закрепляется на предметном столике лазерной технологической установки в строго фиксированном положении. К источнику лазерного излучения, т.е. к выходному объективу должна быть обращена сторона с тонким слоем алмазного покрытия. КПУ (координатно-перемещающее устройство) установки обеспечивает точность перемещений по двум горизонтальным осям посредством шаговых двигателей с дискретностью 2 мкм, а по вертикали с дискретностью 1 мкм. В данном случае вертикальная подача отслеживает глубину и скорость внедрения, сфокусированного в точку ø50 мкм, лазерного излучения вглубь обрабатываемого материала. Точка отсчета или нулевой пункт активируется одиночным лазерным импульсом и в дальнейшем отслеживается автоматически КПУ. Очертания контура задаются программными методами и воспроизводятся лазерным излучением, начиная от точки нулевого пункта. Далее, используя привязку к точке отсчета, концентрическими окружностями с максимальным диаметром 2,0 мм, разрушается маскирующее покрытие всех 18 элементов в местах последующего травления кремниевого основания. Следующим переходом пластина оконтуривается по всему периметру и прорезается лазером насквозь за требуемое количество проходов. Если перевернуть пластину вверх толстым слоем алмазного покрытия и совместить нулевую точку, используя привязку, то можно произвести разделение пластины на кристаллы в едином цикле. Пластины поступают на операцию глубокого травления в смеси плавиковой и азотной кислот с добавлением серной кислоты и с подогревом раствора, если это потребуется, и, затем, после полного очищения алмазной диафрагмы от остатков кремния, они передаются на операцию вакуумного осаждения металлических слоев и формирования контактных площадок. На операции присоединения проволочных выводов методами ультразвуковой микросварки и токопроводным клеем заканчивается процесс формирования основного элемента алмазного датчика давления.The manufacture of the upper parts of the sensitive elements begins with the cutting of silicon wafers on the original workpiece. For example, 18 crystals with a size of 7 × 7 mm are placed on a blank of 21 × 42 mm in three rows of six pieces each. This is important because in the manufacturing process there is a two-way alignment operation without end-to-end alignment marks. Those. Snap must be made to one corner of a symmetrical rectangle. Thus, a silicon wafer with “thick” and “thin” layers of a diamond film deposited on its surface enters the laser cutting operation in the form of a rectangle. It is fixed on the stage of the laser technological installation in a strictly fixed position. To the source of laser radiation, i.e. a thin layer of diamond coating should face the output lens. The control unit (coordinate-moving device) of the installation ensures the accuracy of movements along two horizontal axes by means of step motors with a resolution of 2 μm, and vertically with a resolution of 1 μm. In this case, the vertical feed tracks the depth and speed of penetration, focused at a point ø50 microns, of laser radiation deep into the material being processed. The reference point or zero point is activated by a single laser pulse and is subsequently tracked automatically by the control unit. The outline of the contour is set by software methods and reproduced by laser radiation, starting from the point of zero point. Further, using reference to the reference point, in concentric circles with a maximum diameter of 2.0 mm, the masking coating of all 18 elements is destroyed at the sites of subsequent etching of the silicon base. The next transition, the plate is contoured around the entire perimeter and cut through the laser through the required number of passes. If you turn the plate upside down with a thick layer of diamond coating and combine the zero point using the binding, you can divide the plate into crystals in a single cycle. The plates go to the deep etching operation in a mixture of hydrofluoric and nitric acids with the addition of sulfuric acid and heated solution, if necessary, and then, after the silicon diaphragm is completely cleaned of silicon residues, they are transferred to the operation of vacuum deposition of metal layers and the formation of contact pads . On the operation of attaching the wire leads by ultrasonic microwelding methods and conductive glue, the process of forming the main element of the diamond pressure sensor ends.

Глубоким химическим травлением кремния получили упругий чувствительный элемент алмазного датчика давления. Травление проводили на всю толщину кремниевой пластины, в нашем случае это 380…450 мкм. Маской служила тонкая (2…3 мкм) пленка поликристаллического CVD алмаза, нанесенного на оборотную сторону кремниевой пластины. Травление вели через круглые отверстия в тонкой пленке, изготовленные с помощью лазера. Алмазная пленка на лицевой стороне пластины играла роль «стопора» глубокого травления.By deep chemical etching of silicon, an elastic sensitive element of a diamond pressure sensor was obtained. Etching was carried out over the entire thickness of the silicon wafer, in our case it is 380 ... 450 microns. The mask was a thin (2 ... 3 μm) film of polycrystalline CVD diamond deposited on the back of a silicon wafer. The etching was carried out through round holes in a thin film made with a laser. The diamond film on the front side of the plate played the role of a “stopper” for deep etching.

По окончании формирования и изготовления деталей чувствительных элементов алмазных датчиков давления, включая процессы вакуумной металлизации поверхностей, следует операция сборки узлов алмазных датчиков давления. Первой подготовительной операцией является оснащение компонентов узлов алмазных датчиков давления внешними проволочными выводами. Учитывая то обстоятельство, что верхний слой металлизации, на кремниевых основаниях с алмазной пленкой, состоит из алюминия и имеет общую толщину около 0,8 мкм, наиболее надежным способом соединения в местах контактов видится ультразвуковая микросварка хорошо свариваемых металлов. В данном случае это алюминиевая проволока по алюминиевой пленке или золотая проволока по алюминиевой пленке. Для сборки первых образцов макетов в качестве проводников была выбрана золотая отожженная проволока Зл 999,9 ø25 мкм по ГОСТ 7222-75. Сварка производилась на предметном двухкоординатном микростоле с устройством поворота, установленном на пантографе полуавтомата УЗСМ 2,5 ультразвуковой микросварки. Пластинка размещается на микростоле и фиксируется зажимом в положении удобном для проведения работ. Специальным прижимом на столе, крепится отрезок золотой проволоки необходимой длины, и, посредством перемещающего механизма столика, ориентируется с иглой-инструментом закрепленным в концентраторе магнитостриктера. Режимы сварки устанавливаются в пределах: уровень мощности (на блоке УЗГ 2,5) 6-8 делений в положении тумблера «больше», что соответствует 1,6 Вт; длительность сварки 45-55 мс (набрать на клавиатуре УЗГ 2,5); нагружение на электрод порядка 120-150 г (контроль по граммометру ГС 0-150); макс. ток в импульсе 7-8×10 мкА (микроамперметр «контр. импульс» при нажатии на кнопку). Манипулируя пантографом, стола полуавтомата УЗСМ 2,5, предметным столиком и механизмом совмещения и наблюдая все это в бинокулярный микроскоп, совмещается с контактной площадкой на кристалле рабочий торец инструмента и присоединяемый конец проволочного вывода. Затем производится сварка, для чего зажимается кнопка на рукоятке управления пантографом (при этом концентратор с иглой - инструментом опускается в положение совмещения), производится точное совмещение, и, при отпускании кнопки происходит автоматическое опускание инструмента и осуществляется ультразвуковая сварка. Таким же образом происходит приварка проволочных проводников ко всем пластинам алмазных датчиков давления предназначаемым к сборке. С целью улучшения контакта, и, в первую очередь, его механической прочности, место контакта со сварной точкой закрывается каплей токопроводного клея типа «Контактол» К-12Б на основе дисперсионного серебра. Для этого деревянной технологической иглой в места контактирования наносится навеска, тщательно размешанного многокомпонентного клея, после чего он полимеризуется в термостатированном шкафе типа СНОЛ 3,5×3,5×3,5 при температуре порядка 80°С в течение 4 часов. На следующем этапе сборки, поочередно, нижние обкладки укладываются на основание приспособления для монтажа чувствительных элементов в количестве удобном для работы. На периферийные области пластин, свободные от металлизации, размещаются навески полиуретановых прокладок прямоугольной формы с примерными размерами 1*b*h=2.0×1,0×0,3 мм. Сверху, в соответствии со схемой соединения, укладывается вторая пластина с чувствительной зоной и через общую платформу создается постоянное прижимное усилие. Приспособление с нагруженными элементами размещается в термостате и при температуре 120-135°С осаживается в течение 3,5-4 часов. После извлечения из термостата, остывания и визуального контроля, в том числе и прочности присоединения выводов узлов алмазных датчиков передаются на аттестацию и измерение номинальных емкостей.Upon completion of the formation and manufacture of parts of the sensitive elements of diamond pressure sensors, including the processes of vacuum metallization of surfaces, the assembly of diamond pressure sensor assemblies follows. The first preparatory operation is to equip the components of the nodes of the diamond pressure sensors with external wire leads. Considering the fact that the upper metallization layer, on silicon bases with a diamond film, consists of aluminum and has a total thickness of about 0.8 microns, the most reliable way to connect at the contact points is ultrasonic microwelding of well-welded metals. In this case, it is an aluminum wire along an aluminum film or a gold wire along an aluminum film. To assemble the first prototype models, the gold annealed wire Zl 999.9 ø25 μm in accordance with GOST 7222-75 was chosen as conductors. Welding was carried out on a subject two-coordinate micro-table with a rotation device mounted on the pantograph of a semiautomatic device UZSM 2.5 ultrasonic microwelding. The plate is placed on a micro table and is fixed with a clamp in a position convenient for work. With a special clamp on the table, a piece of gold wire of the required length is attached, and, by means of the moving mechanism of the table, it is oriented with a needle-tool fixed in a magnetostrictor concentrator. Welding modes are set within: power level (on the UZG block 2.5) of 6-8 divisions in the toggle switch position “more”, which corresponds to 1.6 W; welding duration 45-55 ms (type on the keyboard UZG 2,5); electrode loading of the order of 120-150 g (control by GS 0-150 gramometer); Max. pulse current 7-8 × 10 μA (microammeter “control pulse” when a button is pressed). By manipulating the pantograph of the UZSM 2.5 semiautomatic table, the object stage and the alignment mechanism, and observing all this through a binocular microscope, the working end of the instrument and the attached end of the wire lead are combined with the contact area on the crystal. Then welding is performed, for which the button on the pantograph control handle is clamped (in this case, the hub with the needle - the tool is lowered to the alignment position), the exact alignment is made, and when the button is released, the tool is automatically lowered and ultrasonic welding is performed. Welding of wire conductors to all plates of diamond pressure sensors intended for assembly takes place in the same way. In order to improve the contact, and, first of all, its mechanical strength, the contact point with the weld point is closed with a drop of Kontolol K-12B conductive adhesive based on dispersion silver. To do this, a wooden technological needle is applied to the contact points with a sample of carefully mixed multicomponent glue, after which it is polymerized in a temperature-controlled cabinet type SNOL 3.5 × 3.5 × 3.5 at a temperature of about 80 ° C for 4 hours. At the next stage of assembly, alternately, the lower plates are laid on the base of the device for mounting sensitive elements in an amount convenient for operation. Samples of rectangular polyurethane gaskets with approximate dimensions of 1 * b * h = 2.0 × 1.0 × 0.3 mm are placed on the peripheral areas of the plates that are free of metallization. From above, in accordance with the connection diagram, a second plate with a sensitive zone is laid and a constant clamping force is created through a common platform. A device with loaded elements is placed in a thermostat and at a temperature of 120-135 ° C, it settles within 3.5-4 hours. After extraction from the thermostat, cooling and visual control, including the strength of the connection of the terminals of the nodes of the diamond sensors are transferred to the certification and measurement of nominal capacities.

Чувствительный элемент в сборе устанавливается на столик приклеиванием на клей «супер ЭПОКСИ» или аквасинт, обеспечивающий надежное крепление, как столика в корпусе, так и алмазного датчика на столике.The sensor assembly is mounted on the table by gluing “Super EPOXY” glue or aquasint, which provides reliable fastening of both the table in the case and the diamond sensor on the table.

После полного высыхания клеевой композиции свободные концы проволочных выводов следует совместить с соответствующими внешними выводами корпуса и произвести контактирование. Эту операцию можно проводить на полуавтомате термокомпрессионной микросварки типа ЭМ-429М. Разработаны режимы приварки золотых проволочных выводов на никелевые золоченые контакты расщепленными электродами с параметрами: нагружение на электрод 250-300 г, время спада и нарастания импульса 5 мс, сварка 20 мс, выходное напряжение 1,3 в. Сварку можно осуществлять без подогрева предметного стола.After the adhesive composition has completely dried, the free ends of the wire leads should be combined with the corresponding external leads of the housing and contacted. This operation can be carried out on a semiautomatic device of thermocompression microwelding type EM-429M. The modes of welding the gold wire leads to nickel gilt contacts with split electrodes with the following parameters were developed: loading on the electrode 250-300 g, decay and rise time of the pulse 5 ms, welding 20 ms, output voltage 1.3 V. Welding can be done without heating the subject table.

Для выполнения сварки необходимо закрепить корпус с расположенным в нем чувствительным элементом на предметном столе полуавтомата, так чтобы было наиболее комфортно наблюдать за ходом процесса по каналу визуализации. Используя механизм перемещения пантографа и рычаг механизма подсовмещения, выставляется нужный порядок расположения сочленяемых деталей. В соответствии с установленной предварительно циклограммой, при нажатии кнопки, расположенной на ручке пантографа, инструмент опускается на исходную позицию, а затем, после проведения подсовмещения и отпускания кнопки происходит микросварка по одному из двух каналов сварки по указанным выше режимам. По окончании процесса присоединения, визуального контроля и маркировки следует проверить выходные параметры алмазных датчиков измерением емкости, но при контактировании с выводными ножками корпуса. Далее корпуса передаются на герметизацию.To perform welding, it is necessary to fix the case with the sensitive element located in it on the semiautomatic object table, so that it is most comfortable to observe the process along the visualization channel. Using the pantograph movement mechanism and the lever of the mechanism of combination, the desired arrangement of articulated parts is set. In accordance with the pre-established sequence diagram, when you press the button located on the pantograph handle, the tool lowers to its original position, and then, after the buttons are aligned and released, microwelding occurs in one of the two welding channels in the above modes. At the end of the connection process, visual inspection and marking, the output parameters of the diamond sensors should be checked by measuring the capacitance, but when in contact with the output legs of the housing. Further, the hulls are transferred for sealing.

В качестве базовой конструкции для алмазных датчиков давления выбраны металлостеклянные корпуса 3301.8 по КЮЯЛ 431433.023-02 ТУ (ТО-8) производства завода «МАРС» (г.Торжок). Массогабаритные характеристики корпусов: вес 13,6 г и наружный ø12,75 при общей высоте (вместе с баллоном КЮЯЛ433684.001-05) 15 мм, представляются оптимальными. При этом понадобилась доработка корпусов введением столика для наиболее рационального использования внутреннего объема.As a basic design for diamond pressure sensors, metal-glass cases 3301.8 according to KYUYAL 431433.023-02 TU (TO-8) manufactured by the MARS plant (Torzhok) were selected. The overall dimensions of the cases: weight 13.6 g and external ø12.75 with a total height of 15 mm (together with the KYUYAL433684.001-05 cylinder), are optimal. At the same time, the completion of the buildings was required by the introduction of a table for the most rational use of the internal volume.

В конструкции выбранного типа ТО-8 предусмотрены две выходные воздушные трубки, одна из них - откачной штенгель, посредством которых при подаче избыточного давления проводится аттестация детекторов. Герметичность в объеме корпуса обеспечивается посадкой баллона на основание корпуса и приклеиванием эпоксидным клеем или клеем типа К-400. Проверка герметичности осуществляется откачкой через штенгель на гелиевом течеискателе типа ПТИ-10. Штенгель после использования механизма холодного отпая должен быть пропаян и закрыт защитным колпачком.The design of the selected type of TO-8 provides two output air tubes, one of them is a pumping ram, by which, when an overpressure is applied, the detectors are certified. Tightness in the volume of the body is ensured by landing the balloon on the base of the body and by gluing with epoxy or K-400 glue. The tightness test is carried out by pumping through a plug on a helium leak detector of the type PTI-10. The plug must be soldered and closed with a protective cap after using the cold deflection mechanism.

Изготовленные алмазные датчики давления по результатам измерения на измерителе цифровом L.C.R. E7-8 имеют емкость конденсатора без нагрузки 12 пФ.Manufactured diamond pressure sensors according to the results of measurements on a digital meter L.C.R. E7-8s have a capacitance without load of 12 pF.

В предложенной конструкции алмазного датчика чувствительный элемент в виде мембраны изготовлен из пленки поликристаллического CVD алмаза. У алмаза коэффициент термического расширения в 4-6 раз ниже, чем у кремния, радиационная стойкость в 100 раз выше, а химическая стойкость является наивысшей, что позволяет расширить диапазон измерений алмазного датчика давления, повысить точность измерений при сохранении широкого диапазона измерений.In the proposed design of the diamond sensor, the membrane sensitive element is made of a polycrystalline CVD diamond film. In diamond, the coefficient of thermal expansion is 4-6 times lower than in silicon, radiation resistance is 100 times higher, and chemical resistance is the highest, which allows you to expand the measurement range of the diamond pressure sensor, improve the accuracy of measurements while maintaining a wide range of measurements.

Источники информации, принятые во внимание при подготовке заявки:Sources of information taken into account when preparing the application:

1. Ж.Аш и другие. Датчики измерительных систем, перевод под ред. А.С.Обухова, т.1, М., Мир, 1992, с.383;1. J. Ash and others. Sensors of measuring systems, translation, ed. A.S. Obukhova, vol. 1, M., Mir, 1992, p. 383;

2. Патент Российской Федерации №2251087, класс G01L 9/12, опублик. 27.04.2005;2. Patent of the Russian Federation No. 2251087, class G01L 9/12, published. 04/27/2005;

3. Ральченко В., Конов В., CVD-алмазы. Применение в электронике. Электроника. Выпуск 4/2007;3. Ralchenko V., Konov V., CVD-diamonds. Application in electronics. Electronics. Issue 4/2007;

4. Патент США №6613601, кл. 438/50, опублик. 02.09.2003 (прототип).4. US Patent No. 6,613,601, cl. 438/50, published. 09/02/2003 (prototype).

Claims (1)

Алмазный датчик давления, содержащий первую кремниевую пластину, на которой расположены термоусадочные столбики, и чувствительный элемент из поликристаллического CVD алмаза, скрепленный с упомянутыми столбиками, отличающийся тем, что термоусадочные столбики выполнены из полиуретана, а обращенные друг к другу стороны первой кремниевой пластины и чувствительного элемента покрыты слоем металлизации, при этом чувствительный элемент выполнен путем нанесения пленки поликристаллического CVD алмаза на поверхность второй кремниевой пластины и выполнения отверстия в последней травлением ее с противоположной стороны.
Figure 00000001
A diamond pressure sensor comprising a first silicon wafer on which shrink columns are located, and a polycrystalline CVD diamond sensing element bonded to said columns, characterized in that the heat shrink columns are made of polyurethane and the sides of the first silicon wafer and the sensing element face each other covered with a metallization layer, while the sensitive element is made by applying a film of polycrystalline CVD diamond on the surface of the second silicon wafer and making holes in the latter by etching it from the opposite side.
Figure 00000001
RU2009131154/22U 2009-08-17 2009-08-17 DIAMOND PRESSURE SENSOR RU89240U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009131154/22U RU89240U1 (en) 2009-08-17 2009-08-17 DIAMOND PRESSURE SENSOR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009131154/22U RU89240U1 (en) 2009-08-17 2009-08-17 DIAMOND PRESSURE SENSOR

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU89240U1 true RU89240U1 (en) 2009-11-27

Family

ID=41477294

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009131154/22U RU89240U1 (en) 2009-08-17 2009-08-17 DIAMOND PRESSURE SENSOR

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU89240U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU172636U1 (en) * 2016-12-08 2017-07-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет" DIAMOND PRESSURE SENSOR
RU178898U1 (en) * 2017-12-12 2018-04-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет" CAPACITIVE PRESSURE SENSOR WITH DIAMOND MEMBRANE

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU172636U1 (en) * 2016-12-08 2017-07-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет" DIAMOND PRESSURE SENSOR
RU178898U1 (en) * 2017-12-12 2018-04-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет" CAPACITIVE PRESSURE SENSOR WITH DIAMOND MEMBRANE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4121334A (en) Application of field-assisted bonding to the mass production of silicon type pressure transducers
Glang et al. Determination of stress in films on single crystalline silicon substrates
CN105784214B (en) A kind of pressure gauge chip
CN207468189U (en) A kind of pressure resistance type MEMS temperature sensor
CN112034002B (en) Device and method for measuring Seebeck coefficient of thermoelectric material
RU89240U1 (en) DIAMOND PRESSURE SENSOR
CN211528262U (en) Material heat conductivity testing system
TW562935B (en) Vertical-type probe card
RU89241U1 (en) DIAMOND ACCELERATION SENSOR
CN106643587B (en) A kind of thickness of metal film measurement method based on microwave transmission method
CN2308072Y (en) Instrument for measuring longitudinal piezoelectric strain constant by quasi-static method
CN104729897B (en) Non-residual stress film, preparation method thereof and application thereof in nano-indentation method
CN201522458U (en) Sensor measuring force-electricity properties and microstructure of transmission electron microscope
Downs et al. A review of electrical feedthrough techniques for high pressure gas systems
Okeil et al. High throughput apparatus for semiconductor device characterization in a magnetic field at extreme high temperatures
Fricke et al. Electrical performance of alumina thin films for high-temperature pressure cells with a metallic body
CN110726767B (en) Non-contact conductivity detection cell of micro-fluidic chip and preparation method
Snyder et al. A precision capacitance cell for measurement of thin film out-of-plane expansion. I. Thermal expansion
Cheung Die-level glass frit vacuum packaging for a micro-fuel processor system
RU178898U1 (en) CAPACITIVE PRESSURE SENSOR WITH DIAMOND MEMBRANE
CN101694829B (en) Sensor of electromechanical performance and microscopic structure for transmission electronic microscope and manufacturing method thereof
JP4034142B2 (en) Flow sensor
CN110459485A (en) Wafer scission of link intensity detecting device and detection method
Han et al. Smooth contact mode capacitive pressure sensor with polyimide diaphragm
Inskeep et al. Considertions in the deveopment and use of very thin diffused-junction counters suitable for ΔE/Δx detection

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20110818