Спосіб виготовлення тонкоплівкових тензоелементів

Спосіб виготовлення тонкоплівкових тензоелементів, який включає етап нанесення тонких металевих плівок на діелектричну підкладинку методом напилення у вакуумі та наступний етап обробки, який відрізняється тим, що обробка гетероструктури з плівкою відбувається за кімнатних температур одностадійно в атмосфері електричнонейтрального атомарного водню в вакуумній установці. (19) (21) u200812317 (22) 20.10.2008 (24) 25.03.2009 (46) 25.03.2009, Бюл.№ 6, 2009 р. (72) МАТЮШИН ВОЛОДИМИР МИХАЙЛОВИЧ, UA, ЖАВЖАРОВ ЄВГЕН ЛЕОНІДОВИЧ, UA, АНТОНЧЕНКО НІНА АНАТОЛІЇВНА, UA (73) ЗАПОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, UA 3 19.09.2001. Режим доступу:http://12.espacenet.com/textdoc?DB=EPODOC&I DX=GB2360361& F=0]. Датчики виготовлені з такого двошарового тензоелементу мають підвищену чутливість. Однак основним недоліком такого методу покращення є використання технології виготовлення підвищеної складності та застосування спеціальної синтетичної смоли для закріплення обох елементів на поверхні. Спосіб покращення чутливості тензоелементів [Пат. US2007107494 США, МПК8 G01N19/10; G01N19/00. High Impedance Thin Film for Strain Gauge Applications [Електронний ресурс] / заявник Rezgui Fadhel; патентовласник Schlumberger Technology Corp (US). - № US20060553042 20061026, опубл. 17.05.2007. Режим доступу: http://12.espacenet.com/textdoc?DB=EPODOC&IDX =US2007107494&F=0], прийнятий нами за прототип, полягає в тому, що у якості тензочутливого елементу використано тонкоплівковий кермет на основі нітриду танталу виготовленого за технологією [Пат. ЕР0526290 Європа (Франція), МПК8 С23С14/06, С23С14/58, G01B7/16, G01D5/16, G01L1/22, G01L9/00, G01L9/04, Н01С7/00, Н01С17/12, С23С14/06, С23С14/58, G01B7/16, G01D5/12, G01L1/20, G01L9/00, G01L9/04, Н01С7/00, Н01С17/075. Strain dependent thin film based on cermet from tantalum and tantalum nitrid, its process of preparation and its application in a pressure sensor [Електронний ресурс] / заявник Petitjean Luc (US); Bonnin Eric (FR); Rezgui Fadhel (FR); патентовласник SCHLUMBERGER LTD (US); Schlumberger Technology BV (NL); Schlumberger Holdings (VG). - № EP19920401977 19920709, опубл. 03.02.1993. Режим доступу: http://12.espacenet.com/textdoc?DB=EPODOC&IDX =EP0526290&F=0]. Такий тензоелемент дозволяє отримати тензометричний коефіцієнт до 10. Недоліком такого способу виготовлення тензометричного елементу є технологічна складність операції виготовлення внаслідок проведення операції виготовлення у три стадії (нанесення плівки реактивним катодним розпиленням, відпал на повітрі, відпал у вакуумі) та використання досить високих температур до 600 °С протягом тривалого часу (до 300 годин). В основу корисної моделі поставлено завдання пошуку альтернативного способу отримання високочутливого тензометричного елементу, який би відрізнявся від інших простою і контрольованою технологією та дешевизною. Поставлене завдання досягається тим, що в способі виготовлення тонкоплівкових тензодатчиків, який включає етап нанесення тонких металевих плівок на діелектричну підкладинку методом напилення у вакуумі та наступний етап обробки, який відрізняється тим, що обробка гетероструктури з плівкою відбувається за кімнатних температур одностадійно в атмосфері електричнонейтрального атомарного водню в вакуумній установці. У порівнянні з прототипом, відмінною ознакою є те, що збільшення тензометричного коефіцієнту досягається шляхом контрольованого отримання 40096 4 тонких металевих плівок при комбінації стандартного методу нанесення плівок у вакуумі та наступної короткочасної (до 1 години) одностадійної обробки поверхні плівок атомарним воднем за кімнатних температур. Це дозволяє відтворювано та просто одержувати гетероструктури з підвищеним тензометричним коефіцієнтом плівок із керованим значенням опору тензоелементів, який може становити декілька десятків КОм. Порівняльний аналіз способу, що заявляється, із прототипом дозволяє зробити висновок, що спосіб відрізняється від відомого по-перше, значним спрощенням технології за рахунок одностадійності процесу обробки тонкої металевої плівки, по-друге виконанням обробки за коротший термін та за більш низьких температур, що дає змогу зменшити вплив процесу обробки на параметри підкладинки, а отже дає можливість виконання датчику безпосередньо на досліджуваній поверхні. У технічному рішенні, що заявляється, нові технічні ознаки при взаємодії з відомими дають новий технічний результат, що дозволяє вирішити поставлене завдання. Таким чином, у порівнянні з прототипом запропоноване технічне рішення містить вищевказані істотні відмінні ознаки і, отже, відповідає вимозі "новизна". Ознаки, що відрізняють технічне рішення, що заявляється, від прототипу, не виявлені в інших технічних рішеннях при вивченні цієї галузі техніки і, отже, забезпечують рішенню, що заявляється, Корисна модельницький рівень. На Фіг.1 представлено залежність тензометричного коефіцієнту плівки Ni (0.1мкм) від часу обробки атомарним воднем. На Фіг.2 представлено зміну тензометричного коефіцієнту плівки Сu (0.25мкм) від часу атомарним воднем. Приклад здійснення способу, що заявляється. Для дослідження були взяті гетероструктури на основі плівок нікелю та міді. На діелектричні пластини по краях наноситься плівка Сu товщиною ~0.5мкм, яка відіграє роль контактів. На таку поверхню катодним розпилом чи термічним вакуумним розпиленням здійснюється нанесення тонкої металевої плівки. На другому етапі формування тензоелементів гетероструктури із плівкою розміщують у кварцовій робочій камері на відстані 0,25м від розрядної трубки і роблять відкачку робочої камери до тиску 0.02-0.2 Па. Після цього в робочу камеру подається молекулярний водень, що розпадається на атоми у високочастотному розряді. Концентрація атомів водню в реакційному об'ємі може досягати 1020-1022 м-3 при тиску в системі 20 Па. Оброблені таким чином структури відрізняються від вихідних електрофізичними властивостями, що проявляється у зміні тензометричного коефіцієнту плівки. Збільшення тензометричного коефіцієнту виявляється при дослідженні змін опору плівки при прикладенні зусилля-розтягання до підкладинки з плівкою. Збільшення тензометричного коефіцієнту плівок міді та нікелю від часу обробки атомарним воднем наведено на Фіг.1 і Фіг.2 відповідно. 5 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 40096 6 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601