СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГАЗОВОГО СЕНСОРА Российский патент 2008 года по МПК G03F7/16 

Изобретение относится к области технологии изготовления микроэлектронных и микромеханических устройств и может быть использовано при изготовлении газовых сенсоров, материалами чувствительных элементов которых служат композиционные материалы, состоящие из полимерной матрицы, армированной частицами наполнителя.

Известен способ формирования чувствительных элементов сенсора из каталитических металлов методом взрывной литографии [см. патент RU 2282227 С2, МПК G03F 7/16 от 20.08.06]. Способ включает осаждение на поверхности подложки сенсора слоя поликремния или ленгмюровского слоя поверхностно-активного термостойкого полимерного соединения, формирование маски из осажденного слоя, очищение свободной поверхности подложки методом сухого травления, нанесение каталитического металла и формирование элементов из них методом взрывной литографии.

Однако использование метода взрывной литографии для формирования элементов из композиционного материала, состоящего из полимерной матрицы, армированной частицами наполнителя, невоспроизводимо, поскольку доступ травителя к сформированной маске затруднен из-за планаризации рельефа при формировании слоя материала чувствительного элемента по растворной технологии [У.Моро. Микролитография, М.: Мир, 1990, ч.1 и 2].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления чувствительного элемента газового сенсора, описанный в статье [Zee F., Judy J.W. Micromachined polymer-based chemical gas sensor array // Sensors and Actuators, В 72, 2001, pp.120-128], согласно которому для формирования чувствительного элемента заданной топологии на поверхности или в объеме подложки методами поверхностной или объемной микрообработки выполняют матрицу микрообъемов, которые затем заполняют полимеруглеродным раствором с помощью шприца. Однако нанесение раствора с помощью шприца невоспроизводимо, поскольку необходима высокоточная юстировка положения шприца относительно топологического рисунка, а также применение метода ограничивает возможности повышения производительности изготовления газового сенсора и обуславливает возможность последнего только при наличии специально разработанного дорогостоящего высокопрецизионного оборудования, обеспечивающего групповой процесс инжекции капель раствора на локальные участки образцов.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в создании способа изготовления газового сенсора, позволяющего упростить технологию изготовления прототипа.

Технический результат изобретения состоит в том, что предлагаемый способ изготовления газового сенсора упрощает технологию его изготовления, исключая операцию формирования микрообъема, что понижает затраты на производство сенсора.

Технический результат достигается путем применения для формирования топологического рисунка в слое композиционного материала чувствительного элемента сенсора метода фотолитографии по слою композиционного материала чувствительного элемента, одним из компонентов которого используют фоточувствительные композиции.

Отличительными признаками способа изготовления газового сенсора является то, что формирование слоя композиционного материала чувствительного элемента осуществляют методом центрифугирования смеси раствора фоточувствительной композиции в растворителе с частицами моно- или полидисперсных порошков, в качестве которых могут использоваться нанотрубки, фуллерены, сажа, графит, наночастицы окиси олова, а формирование чувствительного элемента проводят методами литографии с последующей термообработкой.

Заявитель не обнаружил технических решений, имеющих признаки, совпадающие с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа и аналогов, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень»

Сущность способа изготовления газового сенсора состоит в следующем: на подложке методами микротехнологии формируют систему контактов. Далее на поверхность подложки с контактами методом центрифугирования наносят смесь раствора фоточувствительной композиции в растворителе с частицами наполнителя. Фоточувствительная композиция служит полимерной матрицей слоя композиционного материала чувствительного элемента сенсора. В качестве наполнителя используют моно- или полидисперсные порошки нанотрубок, фуллеренов, сажи, графита, наночастицы окиси олова. После нанесения раствора фоточувствительной композиции с частицами наполнителя проводят процесс литографии с последующей термообработкой полученного рисунка в слое композиционного материала чувствительного элемента сенсора.

Пример реализации: заявленный способ был использован при изготовлении наносенсора, определяющего концентрацию четырех газов (окиси углерода, двуокиси углерода, метана и водорода) и состоящего из резистивного, емкостного, ионизационного и терморезистивного модулей. Технология изготовления наносенсора заключалась в последовательном формировании на поверхности кремниевой подложки со слоем диоксида кремния элементов тонкопленочных нихромовых нагревателей, формирования защитного диэлектрического слоя на основе плазмохимического низкотемпературного нитрида кремния, формирования алюминиевых контактов и элементов металлизации и формирования чувствительных элементов сенсора на основе композиционного материала, состоящего из негативной фоточувствительной композиции на основе циклобензокаучука с углеродными нанотрубками. Применение предложенного способа позволило воспроизводимо формировать чувствительные элементы сенсора с топологической нормой два микрометра.

Способ изготовления газового сенсора включает последовательное формирование на подложке системы контактов методами микротехнологии и чувствительного элемента на основе композиционного материала, состоящего из полимерной матрицы, армированной частицами наполнителя. В качестве материала полимерной матрицы используют фоточувствительные композиции. Формирование чувствительного элемента осуществляют методами литографии. Формирование слоя композиционного материала чувствительного элемента осуществляют из смеси раствора фоточувствительной композиции в растворителе с частицами наполнителя. В качестве наполнителя используют моно- или полидисперсные порошки нанотрубок, фуллеренов, сажи, графита, наночастицы окиси олова. Формирование слоя композиционного материала чувствительного элемента осуществляют методом центрифугирования смеси раствора фоточувствительной композиции с частицами наполнителя. Термообработка слоя композиционного материала чувствительного элемента осуществляется после проведения процесса литографии термическим методом при температуре, не выше температуры деструкции полимерной матрицы. Технический результат - упрощение технологии изготовления, исключая операцию формирования микрообъема. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления газового сенсора, включающий последовательное формирование на подложке системы контактов методами микротехнологии и чувствительного элемента на основе композиционного материала, состоящего из полимерной матрицы, армированной частицами наполнителя, отличающийся тем, что в качестве материала полимерной матрицы используют фоточувствительные композиции, а формирование чувствительного элемента осуществляют методами литографии.2. Способ изготовления газового сенсора по п.1, отличающийся тем, что формирование слоя композиционного материала чувствительного элемента осуществляют из смеси раствора фоточувствительной композиции в растворителе с частицами наполнителя.3. Способ изготовления газового сенсора по п.2, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют моно- или полидисперсные порошки нанотрубок, фуллеренов, сажи, графита, наночастицы окиси олова.4. Способ изготовления газового сенсора по п.2 или З, отличающийся тем, что формирование слоя композиционного материала чувствительного элемента осуществляют методом центрифугирования смеси раствора фоточувствительной композиции с частицами наполнителя.5. Способ изготовления газового сенсора по п.1, отличающийся тем, что термообработка слоя композиционного материала чувствительного элемента осуществляется после проведения процесса литографии термическим методом при температуре, не выше температуры деструкции полимерной матрицы.