[发明专利]锇膜电阻线原子氧传感器芯片的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及锇膜电阻线构成的电阻型原子氧传感器芯片的制造方法。

背景技术

在低地球轨道(200～700km)上，残余大气层中的主要成分——原子氧具 有很高的化学活性，对于航天器材料产生严重的剥蚀作用，而空间原子氧效应 的研究需要性能良好的检测装置进行探测。质谱仪、石英晶体微天平由于装置 复杂，尺寸、功耗较大，给航天器的携带带来困难，并且不能安装在航天器表 面的不同部位；牺牲样品称重法则只能在回收后确定原子氧累积通量，无法在 线监测；电阻型原子氧传感器因体积小、重量轻、功耗低、成本低廉、结构简 单可靠，适合多点连续在线监测，具有明显优势。

电阻型原子氧传感器主要包括银膜、碳膜、锇膜三种。银与原子氧反应率 高，检测灵敏度好，但是使用寿命短，而且在反应几十纳米后形成的固体银氧 化物层阻碍反应继续进行，导致传感器失效。碳的原子氧反应率受碳材料种类、 制备方法、表面形态影响很大，几种适用的碳材料原子氧反应率比银低一个数 量级，同时碳膜可做得较厚，由于反应产物为气态不会妨碍传感器的后期使用， 因此使用寿命更长。但是，某些碳材料的电阻响应线性度不好，导致碳膜原子 氧传感器还不成熟。锇的原子氧反应率比银低三个数量级，反应产物为挥发性 的氧化锇，因此更适合传感器的长期在轨测试，同时锇反应率的线性度很高， 测量误差很小。总体而言，锇膜电阻传感器的综合性能较优。但是，锇膜电阻 的制造过程比较困难。采用物理气相沉积(PVD)的方法沉积锇膜容易发生开 裂现象，最常见的裂隙是由不稳定的氧化锇夹杂引起的黑化。另外，由于锇的 电阻率较低(8.8×10^-8Ω·m)，所以锇膜(尤其是具有长使用寿命的较厚锇膜) 的初始电阻值较低，原子氧测量的准确性差。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有工艺制备锇膜存在容易开裂、原子氧测量的 准确性差的问题；而提供一种锇膜电阻线原子氧传感器芯片的制造方法。

本发明中锇膜电阻线原子氧传感器芯片的制造方法是按下述步骤完成的： 一、用物理气相沉积法在基片上依次沉积铬膜和金膜；二、然后在金膜表面上 电镀锇膜；三、涂胶、前烘、曝光、显影、坚膜后在锇膜表面形成线形的光刻 胶图案；四、然后用电化学阳极溶解法刻蚀锇膜；五、再用湿化学法刻蚀金膜， 经去胶后在基片表面形成锇膜电阻线；即得到锇膜电阻线原子氧传感器芯片。

步骤一中所述的基片是玻璃、氧化铝基片或硅片。

步骤二中将经步骤一处理的基片放入65～75℃的电镀液中，在电流密度为 1.0～2.5A/dm²条件下电镀获得厚度为20nm～100μm的锇膜，其中电镀液主要由 (NH₄)₂OsCl₆、NH₂SO₃H、NH₂SO₃NH₄和水组成，(NH₄)₂OsCl₆的浓度为5～15g/L， NH₂SO₃H的浓度为20～30g/L，NH₂SO₃NH₄的浓度为5～15g/L；或者步骤二中 将经步骤一处理的基片放入70～85℃的电镀液中，在电流密度为0.5～2.5A/dm²条件下电镀获得厚度为20nm～100μm的锇膜，其中电镀液主要由OsO₄、 NH₂SO₃H和水组成，电镀液的pH值＝13.5～14，OsO₄的浓度为1～3g/L，NH₂SO₃H 的浓度为1～30g/L。

步骤二所述的电镀液中还包括去针孔剂，去针孔剂的浓度为0.01～10g/L。 所述的去针孔剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠或双氧水。

步骤三中所述的光刻胶为正性光刻胶或负性光刻胶。

步骤四中所述的电化学阳极溶解法为线性电势扫描法、恒电势电解法、微 分脉冲伏安法、方波伏安法、交流伏安法或方波电势法。

步骤五中所述的湿化学法刻蚀金膜为碘化钾刻蚀、双氧水刻蚀或氰化物刻 蚀。