[其他]金屬—氧化鋁—硅結(jié)構(gòu)濕度傳感器及其制備工藝

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 86102535
• 申請(qǐng)日: 1986-10-17
• 公開（公告）號(hào): CN86102535B
• 公開（公告）日: 1988-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 駱如楊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海冶金研究所
• 主分類號(hào): G01W1/02
• 分類號(hào): G01W1/02;G01R27/26;H01G7/00
• 代理公司: 中國科學(xué)院上海專利事務(wù)所
• 代理人: 季良赳,沈德新

本發(fā)明是金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）結(jié)構(gòu)Al₂O₃濕度傳感器，屬于指示環(huán)境濕度的元器件。

氣相濕度的測量和控制在現(xiàn)代工業(yè)部門與科技工作中有著重要作用。環(huán)境濕度對(duì)電子器件的可靠性、工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量等常常有決定性影響。因此，濕度傳感器已成為工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制和檢測高可靠電子元器件氣密封裝中以及高純氣體中的殘留水份的重要元器件。

在各種濕度傳感器中，極大部份都是用于高濕氣相的相對(duì)濕度傳感器。能測量低濕氣相絕對(duì)濕度的傳感器很少，至于同時(shí)能測量絕對(duì)和相對(duì)濕度的、特別是半導(dǎo)體MOS結(jié)構(gòu)的濕度傳感器則沒有見到報(bào)導(dǎo)。

Si-MOS結(jié)構(gòu)Al₂O₃，濕度傳感器是近年來發(fā)展較快的薄膜濕度傳感器（例如美國專利US4143177，US4277742）。這種傳感器重量輕、體積小、靈敏度高，且可連續(xù)檢測，因而特別適合濕度的在線檢測和自動(dòng)控制，可在工業(yè)過程控制、生物學(xué)、藥物學(xué)、食品工業(yè)等部門廣泛應(yīng)用，并可直接封入氣密封裝的電子元器件中“在位”監(jiān)測殘留水份并考察它對(duì)元器件可靠性的影響（見SolidStateTechnoLogy，F(xiàn)ebruary1978，p35）。

但是上述已有技術(shù)的Al₂O₃濕度傳感器存在的長期漂移一直無法消除，并且，由于工藝上的原因，也沒能制得對(duì)絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度都敏感的兩用濕度傳感器。

Si上Al的陽極氧化通常直接采用H₂SO₄、H₃PO₄或酒石酸銨溶液（例如美國專利US4143177）。但這種方法工藝不易穩(wěn)定，多孔Al₂O₃的結(jié)構(gòu)參數(shù)難以控制，且其晶相結(jié)構(gòu)一般為γ-Al₂O₃和γ-Al₂O₃·H₂O微晶與大量無定型Al₂O₃的混合相。由于γ-Al₂O₃表面能態(tài)甚高，十分活潑，極易化學(xué)吸附水汽且極難脫除，從而形成Al₂O₃·H₂O水化相并逐步相變，最終生成Al（OH），伴隨體積增大（約1.5倍），導(dǎo)致Al₂O₃孔洞孔徑變小、孔深變淺，表面積減小，吸附容量減小，這就造成傳感器響應(yīng)值的長期漂移，靈敏度不斷下降，傳感器的性能不穩(wěn)定。濕度傳感器在測量相對(duì)濕度時(shí)，通常在大氣中使用，其環(huán)境含水量大，因而γ-Al₂O₃的相變也更快。所以這種傳感器不能用于測量相對(duì)濕度。

為了克服Al₂O₃濕度傳感器已有技術(shù)的上述不足，本發(fā)明通過改進(jìn)陽極氧化工藝，使Al₂O₃中的γ-Al₂O₃相轉(zhuǎn)變?yōu)棣料啵瑥亩股傻亩嗫譇l₂O₃結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，改善了這種傳感器的長期漂移的問題，并且可以用其同時(shí)測量絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度，使傳感器可得到更廣泛的應(yīng)用。

本發(fā)明制備工藝的特征在于在傳統(tǒng)制備半導(dǎo)體Si-MOS器件的陽極氧化工藝中，先使經(jīng)過氧化、光刻、蒸Al后的硅片在酒石酸銨∶乙二醇為1∶1.7～5的溶液中，于室溫下在1mA/cm²電流密度下恒流將Al全部氧化成Al₂O₃，然后移入重量百分濃度為3%的酒石酸銨溶液中，于30℃和60～90V電壓下作至少20-50小時(shí)的恒壓陽極氧化，以形成厚度均勻的多孔Al₂O₃膜（平均孔徑700～1200、孔密度1～2×10⁹/cm²），經(jīng)清洗后再進(jìn)行熱處理，使γ-Al₂O₃和γ-Al₂O₃·H₂O轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al₂O₃。熱處理在N₂或Ar氣流中進(jìn)行，溫度為900～1100℃（1～2小時(shí)）。