[发明专利]一种双应变缝隙双电阻栅式薄膜应变传感器及其制备方法

权利要求书

1.一种双应变缝隙双电阻栅式薄膜应变传感器，其特征在于：包括矩形不锈钢基底（1）、矩形氮化钛过渡膜层（2）、条形氮化硅绝缘膜层（301）、两个矩形氮化硅绝缘膜层（302）、两个镍铬薄膜电阻栅（4）；其中，矩形不锈钢基底（1）的表面四角各贯通开设有一个安装圆孔（5）；矩形氮化钛过渡膜层（2）沉积于矩形不锈钢基底（1）的上表面中部；条形氮化硅绝缘膜层（301）和两个矩形氮化硅绝缘膜层（302）均沉积于矩形氮化钛过渡膜层（2）的上表面，且两个矩形氮化硅绝缘膜层（302）对称分布于条形氮化硅绝缘膜层（301）的左右两侧；条形氮化硅绝缘膜层（301）与两个矩形氮化硅绝缘膜层（302）之间留设有两道沿纵向设置且呈左右对称分布的应变缝隙（6）；每个镍铬薄膜电阻栅（4）均同时沉积于条形氮化硅绝缘膜层（301）的上表面和两个矩形氮化硅绝缘膜层（302）的上表面，且两个镍铬薄膜电阻栅（4）呈前后平行分布。

2.根据权利要求1所述的一种双应变缝隙双电阻栅式薄膜应变传感器，其特征在于：矩形不锈钢基底（1）采用304不锈钢制成；矩形氮化钛过渡膜层（2）的厚度为500nm~800nm；条形氮化硅绝缘膜层（301）的厚度、两个矩形氮化硅绝缘膜层（302）的厚度均为200nm~800nm；两个镍铬薄膜电阻栅（4）的厚度均为800nm~1000nm。

3.一种双应变缝隙双电阻栅式薄膜应变传感器的制备方法，该方法用于制备如权利要求1所述的一种双应变缝隙双电阻栅式薄膜应变传感器，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：

步骤一：分别制作金属掩膜版A、金属掩膜版B、四根H形双端定位销；

所述金属掩膜版A包括矩形版体A（701）；矩形版体A（701）的表面四角各贯通开设有一个定位圆孔A（702）；矩形版体A（701）的下表面边缘延伸设置有两个呈左右对称分布的L形定位凸台A（703）；矩形版体A（701）的下表面中部开设有矩形定位凹槽A，且矩形定位凹槽A的前、后端分别贯通矩形版体A（701）的前、后端面；矩形定位凹槽A的槽底与矩形版体A（701）的上表面之间贯通开设有沿纵向设置的条形窗口A（704）和对称分布于条形窗口A（704）左右两侧的两个矩形窗口（705）；条形窗口A（704）与两个矩形窗口（705）之间形成有两根沿纵向设置且呈左右对称分布的悬臂梁（706）；

所述金属掩膜版B包括矩形版体B（801）；矩形版体B（801）的表面四角各贯通开设有一个定位圆孔B（802）；矩形版体B（801）的下表面边缘延伸设置有两个呈左右对称分布的L形定位凸台B（803）；矩形版体B（801）的下表面中部开设有矩形定位凹槽B，且矩形定位凹槽B的前、后端分别贯通矩形版体B（801）的前、后端面；矩形定位凹槽B的槽底与矩形版体B（801）的上表面之间贯通开设有两个沿纵向设置且呈左右对称分布的条形窗口B（804）；

所述H形双端定位销包括中间细两端粗的腰鼓形销体（901）；腰鼓形销体（901）的上端面延伸设置有两根呈左右对称分布的弹性臂A（902）；两根弹性臂A（902）的上端面各延伸设置有一个按压凸块A（903），且两个按压凸块A（903）呈左右对称分布；两根弹性臂A（902）的外侧面上端各延伸设置有一个弧形定位凸台A（904），且两个弧形定位凸台A（904）呈左右对称分布；腰鼓形销体（901）的下端面延伸设置有两根呈左右对称分布的弹性臂B（905）；两根弹性臂B（905）的下端面各延伸设置有一个按压凸块B（906），且两个按压凸块B（906）呈左右对称分布；两根弹性臂B（905）的外侧面下端各延伸设置有一个弧形定位凸台B（907），且两个弧形定位凸台B（907）呈左右对称分布；

步骤二：选取矩形不锈钢基底（1），并在矩形不锈钢基底（1）的表面四角各贯通开设一个安装圆孔（5）；然后，先将矩形不锈钢基底（1）置于丙酮中超声清洗300s，再将矩形不锈钢基底（1）置于乙醇中超声清洗300s，随后将矩形不锈钢基底（1）用去离子水冲洗60s，而后用氮气枪将矩形不锈钢基底（1）吹干；

步骤三：将矩形不锈钢基底（1）置于超高真空磁控溅射系统中，用纯度为99.999%、直径为60mm、厚度为3mm的钛靶材，在矩形不锈钢基底（1）的上表面中部沉积矩形氮化钛过渡膜层（2），由此得到双层复合结构；

步骤四：将金属掩膜版A置于双层复合结构的上方，一方面使得四个定位圆孔A（702）与四个安装圆孔（5）一一正对，另一方面使得矩形氮化钛过渡膜层（2）通过条形窗口A（704）和两个矩形窗口（705）暴露出来，由此形成条形暴露区域和两个矩形暴露区域；

然后，将四根H形双端定位销一一对应地插入四个定位圆孔A（702）和四个安装圆孔（5）内，一方面使得八个弧形定位凸台A（904）均与矩形版体A（701）的上表面接触，另一方面使得八个弧形定位凸台B（907）均与矩形不锈钢基底（1）的下表面接触，由此将金属掩膜版A和双层复合结构连接在一起；

步骤五：采用等离子体增强化学气相沉积系统在矩形氮化钛过渡膜层（2）的条形暴露区域和两个矩形暴露区域分别沉积条形氮化硅绝缘膜层（301）和两个矩形氮化硅绝缘膜层（302），由此得到三层复合结构；在沉积过程中，由于两根悬臂梁（706）的遮挡，使得条形氮化硅绝缘膜层（301）与两个矩形氮化硅绝缘膜层（302）之间形成两道沿纵向设置且呈左右对称分布的应变缝隙（6）；

步骤六：将四根H形双端定位销一一对应地从四个定位圆孔A（702）和四个安装圆孔（5）内拔出，并将金属掩膜版A从三层复合结构的上方移走，使得两道应变缝隙（6）暴露出来；

步骤七：将金属掩膜版B置于三层复合结构的上方，一方面使得四个定位圆孔B（802）与四个安装圆孔（5）一一正对，另一方面使得两道应变缝隙（6）分别通过两个条形窗口B（804）暴露出来；

然后，将四根H形双端定位销一一对应地插入四个定位圆孔B（802）和四个安装圆孔（5）内，一方面使得八个弧形定位凸台A（904）均与矩形版体B（801）的上表面接触，另一方面使得八个弧形定位凸台B（907）均与矩形不锈钢基底（1）的下表面接触，由此将金属掩膜版B和三层复合结构连接在一起；

步骤八：将金属掩膜版B和三层复合结构一起置于超高真空磁控溅射系统中，用纯度为99.99％、直径为60mm、厚度为3mm的铝靶材，在两道应变缝隙（6）内分别沉积两个条形铝牺牲膜层（10），由此得到带有牺牲膜层的三层复合结构；

步骤九：将四根H形双端定位销一一对应地从四个定位圆孔B（802）和四个安装圆孔（5）内拔出，并将金属掩膜版B从带有牺牲膜层的三层复合结构的上方移走，使得两个条形铝牺牲膜层（10）暴露出来；

步骤十：将带有牺牲膜层的三层复合结构置于超高真空磁控溅射系统中，用纯度为99.99%、直径为60mm、厚度为3mm的Ni₈₀Cr₂₀靶材，在条形氮化硅绝缘膜层（301）的上表面、两个矩形氮化硅绝缘膜层（302）的上表面、两个条形铝牺牲膜层（10）的上表面沉积镍铬敏感膜层（11）；

步骤十一：采用光刻工艺和离子束刻蚀工艺将镍铬敏感膜层（11）刻蚀成为两个镍铬薄膜电阻栅（4）；

步骤十二：采用湿法刻蚀工艺去除两个条形铝牺牲膜层（10），由此制得一种双应变缝隙双电阻栅式薄膜应变传感器。