專(zhuān)利名稱(chēng)：一種新型薄膜電阻型應(yīng)變傳感器的制作方法
專(zhuān)利說(shuō)明 本實(shí)用新型涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，確切地說(shuō)是一種新型薄膜電阻型應(yīng)變傳感器。目前，應(yīng)用較為廣泛的薄膜型應(yīng)變傳感器主要有金屬電阻型和半導(dǎo)體電阻型兩種，其中薄膜電阻型應(yīng)變傳感器在結(jié)構(gòu)和測(cè)量電路上都相對(duì)比較簡(jiǎn)單，因而具有很大的應(yīng)用市場(chǎng)和前景。
半導(dǎo)體薄膜電阻型應(yīng)變傳感器主要是通過(guò)測(cè)量半導(dǎo)體材料在發(fā)生形變時(shí)其電阻率的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，可以制作成簡(jiǎn)單的電阻型或者晶體管型的器件。半導(dǎo)體薄膜電阻型應(yīng)變傳感器在具有類(lèi)型多樣的同時(shí)，也在電路集成化方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，但是半導(dǎo)體器件對(duì)溫度等環(huán)境條件有一定的特殊要求，而且與金屬的導(dǎo)電特性相比較，半導(dǎo)體器件需要比較復(fù)雜的測(cè)量電路，所以在非特殊需求的場(chǎng)合，具有金屬導(dǎo)電性的電阻型應(yīng)變傳感器具有較高的性能價(jià)格比。然而對(duì)于金屬薄膜電阻型薄膜應(yīng)變傳感器的核心元件金屬薄膜電阻來(lái)說(shuō)，其化學(xué)穩(wěn)定性是許多時(shí)候是限制其使用范圍的主要因素。
新型導(dǎo)電氧化物材料RNiO3系列材料具有比較簡(jiǎn)單的化學(xué)組成，并在金屬-絕緣體相變溫度以上具有金屬性的導(dǎo)電特性，其中R為稀土元素。RNiO3材料的導(dǎo)電性主要來(lái)源于2p-O和3d8-Ni之間的能帶交疊，能帶交疊使得這些能帶處于半填充狀態(tài)形成金屬性的導(dǎo)電特性。能帶的交疊狀況主要取決于Ni-O-Ni的鍵角和Ni-O間距，能帶重疊度隨鍵角的減小而減小，也隨Ni-O間距的增大而減小[1，2]。RNiO3系列的材料薄膜作為傳感器的核心部分，則能保證其化學(xué)穩(wěn)定性。本實(shí)用新型的目的就是要解決目前工藝的不足，而發(fā)明的一種新型薄膜電阻型應(yīng)變傳感器。
為實(shí)現(xiàn)上述目的設(shè)計(jì)，一種新型薄膜電阻型應(yīng)變傳感器，包括薄膜、襯底、固定材料和引出電極。其中薄膜材料覆蓋在襯底上，在薄膜的兩端設(shè)有引出電極，襯底上設(shè)有傳感器固定結(jié)構(gòu)，電阻率隨薄膜晶格間距變化而成斜率變化。所述的薄膜的材料為金屬導(dǎo)電特性的RNiO3材料，其中R為稀土元素。傳感器的一種結(jié)構(gòu)構(gòu)造為一端固定直接拉伸結(jié)構(gòu)引出電極(3)和引出電極(4)分別連接在薄膜(5)的兩端，薄膜(5)覆蓋在襯底(6)上，固定物(1)和固定物(2)分別從上下位置將薄膜和襯底的一端固定，應(yīng)變方向(7)為沿襯底水平方向向外拉伸。傳感器的另一種結(jié)構(gòu)構(gòu)造為端頭固定，中央形變引出電極(23)和引出電極(24)分別連接在薄膜(25)的兩端，薄膜(25)覆蓋在襯底(26)上，襯底(26)的兩端分別為固定物(21)和固定物(22)，應(yīng)變方向(27)為在襯底中間垂直向上拉伸。傳感器的又一種結(jié)構(gòu)構(gòu)造為一端固定，產(chǎn)生形變，引出電極(33)和引出電極(34)分別連接在薄膜(35)的兩端，薄膜(35)覆蓋在襯底(36)上，固定物(31)和固定物(32)分別從上下位置將薄膜(35)和襯底(36)的一端固定，應(yīng)變方向(37)為在襯底另一端垂直向下拉伸。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有制備、結(jié)構(gòu)和匹配測(cè)量電路的簡(jiǎn)單性，又具有氧化物材料的化學(xué)穩(wěn)定性。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖。
圖2是本實(shí)用新型的實(shí)施例的另一種結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖。
圖3是本實(shí)用新型的實(shí)施例的另一種結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖。
圖4是本實(shí)用新型中RNiO3材料的導(dǎo)電原理圖。
圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例中LaNiO3薄膜的電阻率隨由形變而導(dǎo)致薄膜晶面間距變化的斜率圖。
參見(jiàn)圖1，1為固定物；2為固定物；3為引出電極；4為引出電極；5為薄膜；6為襯底；7為應(yīng)變方向。
參見(jiàn)圖2，21為固定物；22為固定物；23為引出電極；24為引出電極；25為薄膜；26為襯底27為應(yīng)變方向。
參見(jiàn)圖3，31為固定物；32為固定物；33為引出電極；34為引出電極；35為薄膜；36為襯底；37為應(yīng)變方向。
參見(jiàn)圖4，41為電荷轉(zhuǎn)移型帶隙；42為絕緣體；43為半金屬。
參見(jiàn)圖5，54為電阻變化率；55為晶格變化。現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明，本實(shí)用新型對(duì)本專(zhuān)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的人員來(lái)說(shuō)還是比較清楚的。
例1.以LaNiO3為例，將純度為99.9％的La2O3粉末和Ni2O3粉末按1∶1的Ni、La摩爾比例混合研磨后，壓制成厚度為5mm、直徑為100mm的靶坯，然后對(duì)其進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)制成所需的LaNiO3陶瓷靶。然后利用磁控射頻為13.6MHz的濺射系統(tǒng)來(lái)將LaNiO3陶瓷靶制作成覆蓋在襯底上的薄膜材料，襯底采用111取向的Si片并加熱至265℃，系統(tǒng)背景真空為2×10-4Pa，并用Ar粒子束對(duì)襯底表面進(jìn)行清洗，濺射氣體為氬氣，氣壓為2Pa，濺射功率為80W，沉積時(shí)間為80分鐘，薄膜生長(zhǎng)速率為2.5nm/min。
制得的覆有LaNiO3薄膜的襯底制作成一端固定直接拉伸結(jié)構(gòu)的傳感器引出電極(3)和引出電極(4)分別連接在薄膜(5)的兩端，固定物(1)和固定物(2)分別從上下位置將LaNiO3薄膜和襯底的一端固定，應(yīng)變方向(7)為沿襯底水平方向向外拉伸。
例2.制得的覆有LaNiO3薄膜的襯底也可制作成端頭固定中央形變結(jié)構(gòu)的傳感器引出電極(23)和引出電極(24)分別連接在LaNiO3薄膜(25)的兩端，薄膜(25)覆蓋在襯底(26)上，襯底(26)的兩端分別為固定物(21)和固定物(22)，應(yīng)變方向(27)為在襯底中間垂直向上拉伸。
例3.制得的覆有LaNiO3薄膜的襯底還可制作成一端固定產(chǎn)生形變結(jié)構(gòu)的傳感器引出電極(33)和引出電極(34)分別連接在LaNiO3薄膜(35)的兩端，固定物(31)和固定物(32)分別從上下位置將薄膜(35)和襯底(36)的一端固定，應(yīng)變方向(37)為在襯底另一端垂直向下拉伸。
權(quán)利要求1.一種新型薄膜電阻型應(yīng)變傳感器，包括薄膜、襯底、固定材料和引出電極，其特征在于薄膜材料覆蓋在襯底上，在薄膜的兩端設(shè)有引出電極，襯底上設(shè)有傳感器固定結(jié)構(gòu)，電阻率隨薄膜晶格間距變化而成斜率變化。
2.如權(quán)利要求1所述的一種新型薄膜電阻型應(yīng)變傳感器，其特征在于所述薄膜的材料為金屬導(dǎo)電特性的RNiO3材料，R為稀土元素。
3.如權(quán)利要求1所述的一種新型薄膜電阻型應(yīng)變傳感器，其特征在于傳感器的結(jié)構(gòu)為一端固定直接拉伸結(jié)構(gòu)引出電極(3)和引出電極(4)分別連接在薄膜(5)的兩端，薄膜(5)覆蓋在襯底(6)上，固定物(1)和固定物(2)分別從上下位置將薄膜和襯底的一端固定，應(yīng)變方向(7)為沿襯底水平方向向外拉伸。
4.如權(quán)利要求1所述的一種新型薄膜電阻型應(yīng)變傳感器，其特征在于傳感器的結(jié)構(gòu)為端頭固定，中央形變引出電極(23)和引出電極(24)分別連接在薄膜(25)的兩端，薄膜(25)覆蓋在襯底(26)上，襯底(26)的兩端分別為固定物(21)和固定物(22)，應(yīng)變方向(27)為在襯底中間垂直向上拉伸。
5.如權(quán)利要求1所述的一種新型薄膜電阻型應(yīng)變傳感器，其特征在于傳感器的結(jié)構(gòu)為一端固定，產(chǎn)生形變薄膜(35)覆蓋在襯底(36)上，引出電極(33)和引出電極(34)分別連接在薄膜(35)的兩端，固定物(31)和固定物(32)分別從上下位置將薄膜(35)和襯底(36)的一端固定，應(yīng)變方向(37)為在襯底另一端垂直向下拉伸。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，確切地說(shuō)是一種新型薄膜電阻型應(yīng)變傳感器，其中薄膜材料覆蓋在襯底上，在薄膜的兩端設(shè)有引出電極，襯底上設(shè)有傳感器固定結(jié)構(gòu)，電阻率隨薄膜晶格間距變化而成斜率變化。本實(shí)用新型同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有制備、結(jié)構(gòu)和匹配測(cè)量電路的簡(jiǎn)單性，又具有氧化物材料的化學(xué)穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G01B7/16GK2798039SQ20052004082
公開(kāi)日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2005年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月13日
發(fā)明者趙強(qiáng), 孫卓 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué), 上海納晶科技有限公司