Изучение изменения структуры и состава пленок при термообработке показало, что при 1000С происходит их заметное уплотнение. При 5000С – продолжаются процессы удаления растворителей и органических остатков, удаления основной части воды, разложения неорганических солей и кислот. При температуре выше 5000С происходит формирование кремнекислотного каркаса силиката и разрушение силановых и этоксильных групп. После 7000С при термообработке в кислороде пленки практически не содержат углерода и не поглощают воду. Дальнейший прогрев в окислительной атмосфере приводит к увеличению плотности и толщины пленок. Пленки диоксида кремния, прогретые при 12000С по своим физико-химическим свойствам практически не отличаются от выращенных термическим окислением.
Термообработка в инертной среде приводит к формированию пленок с пониженной плотностью, содержащих в своем составе углерод даже при высокой температуре прогрева.
Таким образом, технологический процесс получения пленок из растворов можно разделить на три основные этапа:
1) Синтез или получение растворов;
2) Нанесение пленок на подложки;
3) Термообработка пленок.
Свойства формируемых пленок зависят от выполнения каждого из этапов в этом процессе: от условий протекания реакции гидролитической поликонденсации ТЭОС в присутствии легирующих примесных соединений; от климатических условий (температура и влажность окружающей среды) и от числа оборотов центрифуги при нанесении пленок, прежде всего от температуры, длительности и состава газовой среды.
4.3.5. Формирование каталитических покрытий сенсоров для тестирования газовых смесей СО-СН4.
При выборе каталитических элементов и режимов формирования каталитических покрытий для анализа смесей СО-СН4 учитывались следующие условия: достижение приемлемой чувствительности основного газочувствительного элемента к двум газовым компонентам, отсутствие чувствительности к указанным газам компенсационного металлооксидного элемента, а также воспроизводимость газоаналитических характеристик.
Оптимизация каталитических покрытий осуществлялась путем варьирования следующих факторов: тип каталитического элемента, его процентное содержание в пленкообразующем растворе и толщина растворной пленки.
Проведенные эксперименты по оптимизации каталитических покрытий газочувствительных элементов сенсоров на СО, показали:
- из двух возможных каталитических элементов Pd и Pt лучшие результаты по чувствительности и воспроизводимости показал Pd.
- из шести исследованных концентраций Pd в пленкообразующем растворе: 1%Pd*99%SiO2, 3%Pd*97%SiO2, 5%Pd*95%SiO2, 10%Pd*90%SiO и 20%Pd*80%SiO2 по совокупности газоаналитических параметров лучший результат показал раствор состава 3%Pd*97%SiO2.
- исследования влияния толщины каталитического покрытия пленкообразующем растворе, а именно 5, 2.5 и 2 объемных процента, показали, что лучший результат достигается при содержании 2.5 об.% ТЭОС.
При оптимизации каталитического покрытия для газочувствительных элементов сенсоров на СН4 в качестве каталитических элементов были исследованы Pt, Pd, а также смесь Pt и Pd в следующих соотношениях 1%Pt+3%Pd, 3%Pt+3%Pd, 5%Pt+3%Pd. При этом содержание Pt в растворе было выбрано 1%, 3%, 5%, содержание Pd -3 %. Толщина каталитического покрытия варьировалась как и в предыдущем случае: 5, 2.5, 2 об.%. По совокупности газоаналитических характеристик наилучший результат показал каталитический элемент следующего состава: 1%Pt*3%Pd*96%SiO2, при толщине каталитического покрытия 2.5об.% ТЭОС.
При оптимизации каталитического покрытия для компенсационного элемента сенсоров основным критерием было отсутствие чувствительности к СО и СН4, а также близкое к выбранным каталитическим покрытиям для СО и СН4 величина и динамика отклика на воздействие паров Н2О:
- в качестве каталитических элементов были исследованы Со, V, Mn. В результате исследований был выбран Mn.
- из шести исследованных концентраций Mn в пленкообразующем растворе: 5%Mn*95%SiO2, 10%Mn*90%SiO и 20%Mn*80%SiO2 по совокупности газоаналитических параметров лучший результат показал раствор состава 10%Mn*90%SiO2.
- исследования влияния толщины каталитического покрытия показали, что лучший результат достигается при содержании 2 об.% ТЭОС.
4.4. Выводы.
1. Полупроводниковые газовые микросенсоры изготавливаются на пластинах монокремния с проводимостью n-типа групповыми методами. Одновременно на каждой кремниевой пластине формируется более 1400 кристаллов по унифицированному базовому технологическому процессу. В основу технологического процесса изготовления кристалла микросенсора положены преимущественно стандартные процессы планарной технологии.
2. Для улучшения воспроизводимости сопротивления резисторов при изготовлении их методом обратной литографии используют маску из нелегированного поликремния толщиной 0.53 мкм.
3. В качестве каталитического покрытия газочувствительных элементов сенсоров на СО по совокупности газоаналитических характеристик используется каталитический элемент следующего состава: 3%Pd*97%SiO2, при толщине каталитического покрытия 2.5об.% ТЭОС.
4. В качестве каталитического покрытия газочувствительных элементов сенсоров на СН4 по совокупности газоаналитических характеристик используется каталитический элемент следующего состава: 1%Pt*3%Pd*96%SiO2, при толщине каталитического покрытия 2.5об.% ТЭОС.
5. В качестве каталитического покрытия компенсационного элемента сенсоров на СО-СН4 используется каталитический элемент следующего состава: 10%Mn*90%SiO2, при толщине каталитического покрытия 2 об.% ТЭОС.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.