專利名稱:一種新型薄膜電阻型應變傳感器的制作方法
專利說明 本實用新型涉及傳感器技術領域,確切地說是一種新型薄膜電阻型應變傳感器。目前,應用較為廣泛的薄膜型應變傳感器主要有金屬電阻型和半導體電阻型兩種,其中薄膜電阻型應變傳感器在結構和測量電路上都相對比較簡單,因而具有很大的應用市場和前景。
半導體薄膜電阻型應變傳感器主要是通過測量半導體材料在發(fā)生形變時其電阻率的變化來實現(xiàn)的,可以制作成簡單的電阻型或者晶體管型的器件。半導體薄膜電阻型應變傳感器在具有類型多樣的同時,也在電路集成化方面具有很大的優(yōu)勢,但是半導體器件對溫度等環(huán)境條件有一定的特殊要求,而且與金屬的導電特性相比較,半導體器件需要比較復雜的測量電路,所以在非特殊需求的場合,具有金屬導電性的電阻型應變傳感器具有較高的性能價格比。然而對于金屬薄膜電阻型薄膜應變傳感器的核心元件金屬薄膜電阻來說,其化學穩(wěn)定性是許多時候是限制其使用范圍的主要因素。
新型導電氧化物材料RNiO3系列材料具有比較簡單的化學組成,并在金屬-絕緣體相變溫度以上具有金屬性的導電特性,其中R為稀土元素。RNiO3材料的導電性主要來源于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,則能保證其化學穩(wěn)定性。本實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變傳感器。
為實現(xiàn)上述目的設計,一種新型薄膜電阻型應變傳感器,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,在薄膜的兩端設有引出電極,襯底上設有傳感器固定結構,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電特性的RNiO3材料,其中R為稀土元素。傳感器的一種結構構造為一端固定直接拉伸結構引出電極(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,應變方向(7)為沿襯底水平方向向外拉伸。傳感器的另一種結構構造為端頭固定,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),應變方向(27)為在襯底中間垂直向上拉伸。傳感器的又一種結構構造為一端固定,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,應變方向(37)為在襯底另一端垂直向下拉伸。
本實用新型與現(xiàn)有技術相比,具有制備、結構和匹配測量電路的簡單性,又具有氧化物材料的化學穩(wěn)定性。
圖1是本實用新型的結構構造圖。
圖2是本實用新型的實施例的另一種結構構造圖。
圖3是本實用新型的實施例的另一種結構構造圖。
圖4是本實用新型中RNiO3材料的導電原理圖。
圖5是本實用新型實施例中LaNiO3薄膜的電阻率隨由形變而導致薄膜晶面間距變化的斜率圖。
參見圖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為應變方向。
參見圖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為應變方向。
參見圖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為應變方向。
參見圖4,41為電荷轉移型帶隙;42為絕緣體;43為半金屬。
參見圖5,54為電阻變化率;55為晶格變化?,F(xiàn)在結合附圖對本實用新型做進一步的說明,本實用新型對本專業(yè)技術領域的人員來說還是比較清楚的。
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,然后對其進行高溫燒結制成所需的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粒子束對襯底表面進行清洗,濺射氣體為氬氣,氣壓為2Pa,濺射功率為80W,沉積時間為80分鐘,薄膜生長速率為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構的傳感器引出電極(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構的傳感器引出電極(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)生形變結構的傳感器引出電極(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,應變方向(37)為在襯底另一端垂直向下拉伸。
權利要求1.一種新型薄膜電阻型應變傳感器,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,在薄膜的兩端設有引出電極,襯底上設有傳感器固定結構,電阻率隨薄膜晶格間距變化而成斜率變化。
2.如權利要求1所述的一種新型薄膜電阻型應變傳感器,其特征在于所述薄膜的材料為金屬導電特性的RNiO3材料,R為稀土元素。
3.如權利要求1所述的一種新型薄膜電阻型應變傳感器,其特征在于傳感器的結構為一端固定直接拉伸結構引出電極(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,應變方向(7)為沿襯底水平方向向外拉伸。
4.如權利要求1所述的一種新型薄膜電阻型應變傳感器,其特征在于傳感器的結構為端頭固定,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),應變方向(27)為在襯底中間垂直向上拉伸。
5.如權利要求1所述的一種新型薄膜電阻型應變傳感器,其特征在于傳感器的結構為一端固定,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,應變方向(37)為在襯底另一端垂直向下拉伸。
專利摘要本實用新型涉及傳感器技術領域,確切地說是一種新型薄膜電阻型應變傳感器,其中薄膜材料覆蓋在襯底上,在薄膜的兩端設有引出電極,襯底上設有傳感器固定結構,電阻率隨薄膜晶格間距變化而成斜率變化。本實用新型同現(xiàn)有技術相比,具有制備、結構和匹配測量電路的簡單性,又具有氧化物材料的化學穩(wěn)定性。
文檔編號G01B7/16GK2798039SQ20052004082
公開日2006年7月19日 申請日期2005年4月13日 優(yōu)先權日2005年4月13日
發(fā)明者趙強, 孫卓 申請人:華東師范大學, 上海納晶科技有限公司