专利名称：一种具有气压敏感效应的碳/硅异质结新材料及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及传感技术领域，特别是一种对气压具有敏感效应的掺杂碳膜/硅异质结新材料，其具体属于在抛光的(100)硅基片上用磁控溅射的方法制备的一种具有气压敏感效应的碳/硅异质结新材料。该异质结材料的电阻随气压的变化而明显变化。
背景技术：
气压传感器是传感技术应用的重要方向之一，在许多生产、生活领域有着广泛的应用。气压传感器的设计通常是先选择(或制备)一种气压敏感材料，然后围绕该气压敏感材料设计压强传感电容器。所选的气压敏感材料通常是一些易发生形变的高分子材料或金属薄膜材料。这些材料随外部气压变化而发生形变，从而改变电容器两极板间的距离，进而改变电容器的电容，起到气压传感的作用。近年来，气压传感器的发展主要体现在空压盒传感器、硅压力传感器和微机械电子系统传感器三类传感器上。空压盒类传感器的缺点是体积较大，很难实现传感器的微型化集成化。通常意义上的硅压力传感器的体积相对较小、精度高，但其昂贵的价格、复杂的制备工艺限制了其大规模生产和应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备气压敏感器的新材料。
本发明的目的是这样实现的，在一块0.5～1.0mm厚的抛光的(100)硅基片上，用磁控溅射的方法溅射一层碳薄膜或掺杂碳薄膜，制成碳/硅异质结新材料，该薄膜为类金刚石薄膜，厚度为20～200nm。本发明所述的碳/硅异质结新材料有显著的气压敏感特性，就是在不同的气压下，它的电阻值有着明显的不同，即该材料有特殊的电阻-气压特性，因而可用来制造新的气压传感器。
本发明所述的具有明显气压敏感效应的掺杂薄膜/硅异质结材料的制备方法是通过以下步骤(1)取纯度为99.9％的石墨粉，或者在纯度为99.9％的石墨粉中加入一定的铁粉，通过冷压的方法，制成含铁0～10％(质量分数)的石墨复合靶。
(2)先用摩尔浓度为20％的氢氟酸溶液浸泡实验所需的厚度为0.5～1.0mm的硅基片5分钟，然后依次用去离子水、丙酮、乙醇在超声波中各清洗硅基片5分钟。
(3)将清洗好的硅基片放入溅射室，开启抽真空系统进行抽真空。
(4)当背景真空为2×10-4帕时，通入氩气，并维持2帕的压强，待气压稳定后，开始用石墨靶溅射，或者用掺铁的石墨复合靶溅射，溅射功率为50瓦(溅射直流电压0.50KV，溅射直流电流0.10A)，溅射时间为5至50分钟，溅射温度为室温至400℃。
(5)溅射完毕后，停止通氩气，抽真空系统继续工作，使样品在真空度较高的环境下自然冷却，待样品温度降至室温，取出样品。
(6)这样制备的碳薄膜/硅异质结材料，或者铁掺杂碳薄膜/硅异质结材料的薄膜厚度为20～200nm，具有明显的气压敏感效应，即材料的电阻值随气压变化而变化。
由于本发明所提供的碳/硅异质结新材料具有明显的气压敏感效应，用它制成气压传感器无需额外设计电容器，通过该材料的电阻变化可直接反映出气压的变化，具有体积小，易于集成等特点。
图1为依据本发明所提供的碳/硅异质结新材料制造的气压传感器的结构示意图。
图2为依据本发明所提供的碳/硅异质结新材料制造的气压传感器，在不同偏压下，异质结电阻与气压变化的关系示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例来详细描述本发明。
实施例1，在一块厚度为0.75mm的硅晶片1上用磁控溅射的方法溅射一层厚度为100nm的类金刚石薄膜2，如图1所示，石墨靶的纯度为99.9％，溅射直流电压为0.50KV，溅射直流电流为0.10A，溅射沉积温度为300K，溅射时间为20分钟。对其中一个样品进行了电压为10V、12V、14V、16V时该异质结传感器的电阻随气压的变化测试，在异质结材料上接通直流电源4和电流表5，3为电源线与材料的接点，测试结果如图2所示。结果表明该异质结材料的电阻对气体压强具有明显的敏感效应。
实施例2，取纯度为99.9％的石墨粉，掺入少量纯度为99.9％的铁粉，用冷压法制成铁的质量含量为5％的铁-碳复合靶。用磁控溅射的方法将铁-碳复合靶溅射到一块厚度为1.0mm的硅基片1上，在硅基片上形成一层厚度为120nm的掺铁碳薄膜2，如图1所示，溅射直流电压为0.50KV，溅射直流电流为0.10A，溅射沉积温度为300K，溅射时间为20分钟。
同现有技术相比，用本发明所涉及的碳/硅异质结新材料制备的气压传感器具有以下优点①无需额外设计电容器，通过该材料的电阻变化可直接反映出气压的变化；②测量范围大，且具有较高的精度；③无需压力传导装置，体积小，可以制备成立方毫米级；④以硅基片作为衬底，易于集成；⑤材料耐高温、耐腐蚀、性质稳定；⑥制作工艺简单，成品率高，成本低。
权利要求
1.一种具有气压敏感效应的碳/硅异质结新材料，其特征是，在一块0.5～1.0mm厚的抛光硅基片上，溅射一层类金刚石碳薄膜，薄膜的厚度为20～200nm。
2.依据权利要求1所述的具有气压敏感效应的碳/硅异质结新材料，其特征是，所说的类金刚石碳薄膜中可以含有质量含量为0～10％的铁，制成掺杂碳薄膜/硅异质结新材料。
3.依据权利要求1或2所述的具有气压敏感效应的碳/硅异质结新材料，其特征是该材料具有明显的气压敏感效应，可用于制备气压传感器。
全文摘要
本发明提供了一种具有气压敏感效应的碳/硅异质结新材料，该材料是通过磁控溅射的方法，将纯度为99.9％的石墨靶或者将含有0～10％(质量分数)的铁的铁－石墨复合靶溅射到抛光的硅基片上，形成一层厚度为20nm～200nm的膜。该碳/硅异质结新材料具有明显的气压敏感效应，即材料的电阻值随气压变化而变化，可以用于制备气压传感器，无需额外设计电容器，通过该材料的电阻变化可直接反映出气压的变化，具有体积小，可做成立方毫米级，易于集成，材料耐高温、耐腐蚀、性质稳定。
文档编号G01L9/06GK101013726SQ20071001346
公开日2007年8月8日 申请日期2007年2月2日 优先权日2007年2月2日
发明者薛庆忠, 郝兰众, 高熙礼, 李群, 郑庆彬 申请人:中国石油大学(华东)