[发明专利]一种铂金薄膜及其制备方法和用途

说明书

本发明提供一种铂金薄膜，所述铂金薄膜通过采用过渡层衔接衬底和铂膜层，并选用氮化铝、二氧化硅、氮化硅或蓝宝石作衬底，相较于原有氧化铝陶瓷衬底而言，表面平整度更高，缺陷密度更低，以此提供一个更加优良的衬底环境；制得的铂金薄膜层均匀性更佳；同时采用保护层对铂金薄膜层进行高温保护，提高铂金薄膜的耐高温性能；所述铂金薄膜的制备方法采用金属有机化学沉积、磁控溅射与原子层沉积方法相结合，能够有效解决电子表面散射效应和高温团簇效应，制备出一致性好，耐高温并且具备长期稳定性的铂金薄膜，能够较好地应用在传感器领域中。

技术领域

本发明涉及传感器制备技术领域，尤其涉及一种铂金薄膜及其制备方法和用途。

背景技术

铂金薄膜主要用作电导体和电阻体，是铂金薄膜温度传感器的关键部件。但是目前，高性能耐高温铂金薄膜的制备一直是技术难题，其要求铂金薄膜具备合适的电导率和特定的温度系数(TCR)。

高性能耐高温铂金薄膜的制作困难主要由以下两个原因所引起的：

第一是结构缺陷，即铂金薄膜在形成时由气相经过急剧的相变形成固相，在这一特殊的过程中引起了结构缺陷，该结构缺陷除了通常的晶格缺陷、晶格畸变、杂质等外，还包括极薄的薄膜所特有的岛状结构缺陷，而缺陷会导致铂金薄膜的电导率下降，同时整体电性能不稳定。

第二个是尺寸效应，尺寸效应是指在连续金属薄膜中导电性质与薄膜厚度有关的现象，由于薄膜的厚度很薄而产生，包括经典的电子表面散射效应和量子尺寸效应两种。尺寸效应表明当膜厚d与电子的平均自由程λ相近时，薄膜的上下表面对导电电子的运动施加了几何尺寸的限制，也就是说薄膜厚度对导电电子平均自由程的几何限制称为连续金属薄膜的尺寸效应。在薄膜中当膜厚与导电电子的德布罗意波长相近时，电子垂直于薄膜表面运动的能级变成离散状态，这种现象称为量子尺寸效应。而表面和晶界对电子的散射是构成薄膜尺寸效应的原因，该效应直接影响到薄膜的温度系数TCR的稳定性。

由于存在结构效应和尺寸效应两个难题，当前国内外针对铂金薄膜的制备处在不断探索的过程，目前，一般利用传统的氧化铝陶瓷作为衬底，结合磁控溅射的工艺制备铂金薄膜。

CN109115358A公开了一种微机电系统阵列式铂金薄膜温度传感器，其包括绝缘基底、铂金薄膜电阻温度传感器、聚酰亚胺薄膜，绝缘基底为硅基底或氧化铝陶瓷基底上沉积氧化硅绝缘层制成，绝缘基底之上沉积有铂金薄膜电阻温度传感器，铂金薄膜电阻温度传感器呈阵列分布，铂金薄膜电阻温度传感器上由聚酰亚胺薄膜保护层覆盖，铂金薄膜电阻温度传感器与基底绝缘层之间有一层钛金属层，钛金属层的厚度为10nm～20nm。

CN1042793A公开了温度传感器的铂金薄膜制造方法，所述方法高频溅射或磁控溅射，以铂为靶，在氩-氧气氛下向抛光陶瓷基片上溅射。其中，溅射气氛氩-氧混合气体中的氧、氩体积比为氧5～30％，其余为氩。溅射后的铂金薄膜在空气中阶梯升温处理，并在1000～1200℃下保温，制得铂金薄膜。

CN105632670A公开了铂金薄膜热敏电阻器的制造方法，所述制造方法包括陶瓷基片抛光、铂金薄膜层溅射、膜层热处理、等离子体刻蚀、激光数码调阻、电阻体包封、烧结、手工裂片、引线焊接、焊点包封和包封层固化，可生产铂金薄膜热敏电阻器。

但是上述以氧化铝陶瓷为衬底，结合磁控溅射工艺的制备方法存在以下问题：(1)由于衬底材料氧化铝陶瓷的表面平整度不好控制，导致薄膜的均匀性较差。(2)耐高温性能不足，在高温应用时长期稳定性不够。(3)衬底材料氧化铝陶瓷与铂金薄膜的结合力不够，造成产品可靠性问题。(4)电子表面散射效应和量子尺寸效应对电阻率影响不好控制，也是造成国内民用产业化的最大障碍。

因此，需要开发一种铂金薄膜及其制备方法，解决现有铂金薄膜存在的问题。

发明内容