Cr-Si系薄膜的制备及超高压压力传感器的研制

论文摘要

柴油机电控高压共轨喷射系统由电控系统和燃油供给系统两部分组成,电控系统由传感器、电子控制单元（ECU）和执行机构三部分组成。传感器是共轨系统核心组成部分之一,而轨压传感器又是众多传感器中的核心传感器。德国Bosch公司的柴油机共轨技术处于世界领先水平,第四代电控高压燃油喷射系统正在研发之中。它要求传感器能在约200MPa的共轨油压中工作,因此超高压压力传感器的研发有着非同一般的意义。本文选用合金薄膜应变压力传感器作为轨压传感器,选用Cr-Si-Ni-Ti压阻薄膜作为压力传感器的敏感元件。采用射频磁控溅射方法在氧化铝陶瓷基片上制备了Cr-Si-Ni-Ti压阻薄膜,研究了溅射参数和不同温度退火对薄膜电性能的影响。结果表明：优化后的溅射参数为溅射总压2Pa,射频溅射功率150W,靶基距7cm,溅射时间50min,原位沉积的薄膜呈非晶态,对溅射态薄膜不同温度退火后发现：随着退火温度的升高,薄膜电阻温度系数（TCR）逐渐增大,应变因子（GF）先增大后减小,室温电阻率则逐渐降低。当退火温度低于600℃时,薄膜仍然为非晶态。在退火温度为300℃时,薄膜电性能最好：TCR为-1.1ppm/℃,GF为2.2,ρ为0.662Ω·cm,为超高压压力传感器的研发奠定了材料基础。利用薄膜溅射工艺和光刻剥离工艺制备了超高压压力传感器,首先用电子束蒸发在圆柱形型不锈钢构件表面沉积约10μmSiO2绝缘层,然后用射频磁控溅射在绝缘层上沉积约450nm图形化Cr-Si-Ni-Ti敏感材料,之后再在敏感材料上沉积图形化约200nm金电极,最后沉积图形化的约500nmSiNx防护膜。已经给上汽集团联创汽车电子有限责任公司提供了3批次20多个样件,进行考核测试。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 压阻材料的选择
• 1.3 Cr-Si-Ni-Ti薄膜性质特点
• 1.4 国内外研究进展
• 1.4.1 国内外轨压传感器的发展现状
• 1.4.2 国内外Cr-Si系薄膜的研究进展
• 1.5 本课题的研究意义与研究方案
• 1.5.1 研究意义
• 1.5.2 研究方案
• 第二章 薄膜的制备及表征方法
• 2.1 射频磁控溅射系统
• 2.2 电子束蒸发系统
• 2.3 样品表征方法
• 2.3.1 X射线衍射法
• 2.3.2 扫描电子显微镜和能谱仪
• 2.3.3 原子力显微镜
• 2.3.4 薄膜厚度的测量
• 2.3.5 薄膜电阻率和方阻的测量
• 2.3.6 薄膜电阻温度系数的测量
• 2.3.7 薄膜应变因子的测量
• 2.3.8 薄膜绝缘性能的测试
• 第三章 Cr-Si-Ni-Ti薄膜的制备与性能研究
• 3.1 溅射条件对Cr-Si-Ni-Ti薄膜性能的影响
• 3.1.1 溅射气压对Cr-Si-Ni-Ti薄膜性能的影响
• 3.1.2 溅射气氛对Cr-Si-Ni-Ti-N薄膜性能的影响
• 3.2 退火对Cr-Si-Ni-Ti薄膜性能的影响
• 3.2.1 退火温度对薄膜微观组织的影响
• 3.2.2 退火温度对薄膜电阻温度系数的影响
• 3.2.3 退火温度对薄膜应变因子的影响
• 3.2.4 退火温度对薄膜电阻率和方阻的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 超高压压力传感器的制备研究
• 4.1 压力传感器工作原理及制备工艺
• 2绝缘薄膜的制备及性能研究'>4.2 SiO₂绝缘薄膜的制备及性能研究
• 4.3 敏感元件Cr-Si-Ni-Ti薄膜的制备
• 4.4 金电极的制备
• 4.5 SiNx保护薄膜的制备及性能研究
• 4.6 光刻工艺参数的优化
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 硕士研究生期间取得的研究成果