Материал для тонкопленочных тензорезисторов

 

Использование: изобретение относится к области приборостроения, а именно к тонкопленочным тензорезисторам и может быть использовано при изготовлении интегральных тензодатчиков. Изобретение обеспечивает понижение температуры формирования тонкопленочных тензорезисторов при изготовлении интегральных тензодатчиков с металлическим упругим элементом и температурную инвариантность рабочей характеристики тензодатчиков , С этой целью материал для тонкопленочных тензорезисторов, содержащий кремний, дополнительно содержит германий и алюминий в виде сплава с кремнием при следующем соотношении компонентов, мас,%: германий - 68-72, кремний - 24-28, алюминий - 2-6. 1 табл. ел с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 L 9/04

ГОСУДАРСТВЕН-ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) «»

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4950954/10 (22) 27.06.91 (46) 30.05.93. Бюл. hL 20 (71) Государственный научно-исследовательский институт теплоэнергетического приборостроения (72) О.Д.Сороколетов, Н.И.Пущик, В.И.Сердюков, К.M.Ñîáýêèí, А,С.Сабурин, А.С.Агабабян и Г.А.Толмачева (56) Патент США М 3621435, кл. G 01 В 7/16, 1971.

Авторское свидетельство СССР

М 249700, кл. G 01 1 9/04, 1968. (54) МАТЕРИАЛ ДЛЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ

ТЕНЗОРЕЗИСТОРОВ (57) Использование: изобретение относится к области приборостроения, а именно к тонИзобретение относится к области приборостроения, а более конкретно к тонкопленочным тензорезисторам интегральных тензодатчико в.

Целью изобретения является понижение температуры формирования тонкопле--ночных тенэорезисторов при изготовлении интегральных тензодатчиков с металличе ским упругим элементом и обеспечения температурной инвариантности рабочей характеристики тензодатчиков.

Указанная цель достигается тем, что в материал, содержащий кремний, вводится германий и алюминий, в виде сплава с кремнием при этом содержание всех указанных компонентов должно быть в следующих соотношениях (мас. ):

Германий 68-72

Кремний 24-28

Ы2,, 1818557 А1 копленочным тензорезисторам и может быть использовано при изготовлении интегральных тензодатчиков. Изобретение обеспечивает понижение температуры формирования тонкопленочных тензорезисторов при изготовлении интегральных тензодатчиков с металлическим упругим элементом и температурную инвариантность рабочей характеристики тензодатчи-, ков, С этой целью материал для тонкопленочных тензорезисторов, содер-. жащий кремний, дополнительно содержит германий и алюминий в виде сплава с кремнием при следующем соотношении компонентов, мас.ф,: германий — 68-72, кремний — 24 — 28, алюминий — 2 — 6. 1 табл. 3

Ж

С.

Алюминий 2 — 6

Введение алюминия и германия, позволяет существенно снизить температуру формирования пленочных тензорезисторов, т.к. в .соответствии с диаграммами состояния

Ge-А!, Si-А! образуются эвтектические сплавы Ge Al u Si Al с температурой плавления Т = 415 (Ge-Al); 577 С ($!--А!). На тройной диаграмме состояния Si-Ge-А! тройные сплавы, имеющие промежуточные составы между двумя упомянутыми эвтектиками имеют также весьма низкие температуры плавления (не выше 600 С), Поскольку получение тензорезисторов из этого материала г;роизводится методом ионно-плазменного распыления, то температура формирования пленочных тензоре- зисторов на основе сплава Si-Ge-Al будет еще ниже.

1818557

Кроме того, использование в качестве материала для тензорезисторов полупроводникового сплава, содержащего алюминий, позволяет управлять рабочей характеристикой танзодатчика и, в частности, добиться температурной инвариантности характеристики за счет обеспечения равенства температурных коэффициентов сопротивления и тензочувствительности тензорезисторов, определяющих температурную зависимость рабочей характеристики тензодатчика.

Возможность варьирования составом пленки путем изменения содержания в исходном материале алюминия в указанных пределах позволяет решить вопросы, связанные с температурной компенсацией тензодатчика.

Получение тонкопленочных тензорезисторов на основе многокомпонентного материала, как правило. осуществляется ионно-плазменным распылением составных мишеней, приготовленных из отдельных чистых компонентов s определенной йропорции по площади с учетом их коэффициентов распыления, Для получения материала из сплава вышеупомянутого состава была приготовлена составная мишень, выполненная следующим образом.

На поверхность столика, мишени диаметром 124 мм укладывается диск германия диаметром 125 — 130 мм и толщиной 5-10 мм, а на поверхности германия располагаются пластины кремния с суммарной площадь 64 — 68 от площади пластины германия и 60 — 72 диска из алюминия диаметром 5 мм с суммарной площадью 2-6 от открытой поверхности германия.

Оптимальное соотношение площадей пластин германия, кремния и алюминия с учетом коэффициентов распыления этих материалов подбиралось так, чтобы температурная погрешность чувствительности тонкопленочного тензодатчика не превышала +0,1 на каждые 10 С в диапазоне температур от минус 50 до плюс 100 С.

Температура подложки при получении тензорезисторов методом ионно-плазменного распыления не превышала 400 С (Тп =

350 С). Характеристики тензорезисто ров на основе предлагаемого в заявке материала с граничными и средними значениями ингре50 мас,7;:

Германий

Кремний

Алюминий

68-72

24-28

2 — 6 диентов приведены в таблице, из которой видно, что предложенный материал обеспечивает все требования, предъявляемые к материалу для тонкопленочных тензорезисторов, а именно, высокий коэффициент тензочувствительности, низкий положительный температурный коэффициент сопротивления, равный по величине температурному коэффициенту тензочувст10 вительности, достаточно высокое удельное . поверхностное сопротивление, Важным преимуществом данного материала является низкая температура формирования тензорезисторов Tn = 350 С, что намного меньше, чем у полупроводниковых сплавов.

Это позволяет формировать пленочные тензорезисторы непосредственно на металлическом упругом элементе, Сохраняя его

20 упругие и прочностные характеристики, т.к. температуры осаждения пленок не превышает температуры термообработки для придания упругому элементу заданных механических свойств.

Технология изготовления пленочных тензорезисторов из предлагаемого материала общедоступна, т.к. включает известный способ изготовления распыляемой мишени и промышленный метод получения тонких

30 пленок — ионно-плазменное распыление на стандартном оборудовании.

B настоящее время изготовлены и испытаны опытные образцы сенсоров с тензорезисторами в виде тонких пленок материала, 35 на основе сплава Ge-Sl Al указанного соста- ва.

Формула изобретения

Материал для тонкопленочных тензорезисторов, содержащий кремний, о т л и ч а40 ю шийся тем, что, с целью понижения температуры формирования тонкопленочных тензорезисторов при изготовлении интегральных тензодатчиков с металлическим упругим чувствительным элементом и

45 обеспечения температурной инвариантности рабочих характеристик изделий, он дополнительно содержит германий и алюминий в виде сплава с кремнием при следующем соотношении. компонентов, 1818557

Составитель К.Собакин

Техред М.Моргентал Корректор С.Лисина

Редактор Н.Коляда производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1935 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5