薄膜磁敏元件基片的选择与制备

　　磁敏元件包括霍尔元件、磁阻元件等等，将这类元件制成薄膜形可以提高测磁灵敏度，便于测窄缝中磁场也便于生产出性能一致的元件。薄膜形元件的基片对磁敏薄膜起支撑作用，同时它也是安装引出线的绝缘支撑体，它与敏感薄膜、电极引线和封装材料构成一有机整体。因此，基片本身的物理化学性能以及表面状态将直接影响磁敏元件的电学性能，特别是对元件的可靠性和生产过程中的重复性关系更加密切。故在设计磁敏元件的同时认真选择和制造出性能优良的基片.就成为能否制出性能好、稳定可靠且成本低的磁敏元件的基础。

　　一、基片材料的选择

　　根据基片在薄膜磁敏元件中的作用.基片材料应具备以下条件:

　　1.基片表面要致密、光滑、导热、无缺陷沾污，以保证磁敏膜与基片附着良好.使用可靠，成品率高。

　　2.基片应能承受一定的高温处理，平整性能良好，热膨胀系数应尽量与磁敏膜相接近。其中耐高温处理是使它在磁敏膜的制造和热处理加热过程中不软化不熔化。同时要求敏感膜材料在基片中扩散要极慢，基片材料也不会向磁敏膜中反扩散，以保证磁敏膜的纯度。关于基片导热良好的目的是保证磁敏膜在使用中受温度冲击后产生的热量能及时散发。关于基片材料与磁敏膜热膨胀系数要相近.可保证磁敏膜与基片匹配，温度变化不会发生膜脱落、开裂和性能漂移。

　　3.基片要有良好的绝缘性能，本实验要求绝缘电阻这是为防止磁敏膜、电极间以及它们和基片间发生短路。

　　4.基片材料要有良好的化学稳定性，在磁敏元件制造中多次化学清洗和光刻时，它本身不被腐蚀。

　　5.基片既要有一定的机械强度又要容易划成小片以保证工艺的需要。同时基片的制造应尽可能与磁敏膜等后道工序的制造工艺兼容，以保证批量生产时工艺和设备简单。最后希望基片价格低廉，以降低元件成本。

　　根据以上要求，选择电阻率为0. 8 --的N型单晶硅，经磨抛后制造约绝缘层作为金属强磁体薄膜磁阻元件的基片。各项特性均能满足上述要求。另有一些磁敏元件为了增加聚磁效应以提高测量磁场的灵敏度而选用导磁系数较高的致密软磁铁氧体材料为基片衬底.在上面也制造一层SiO₂作绝缘层。这种材料也很好地满足了对基片特性的要求无论是哪种基片材料在它上面制造SiO₂膜是关键。

　　二、溅射法制造SiO₂绝缘膜

　　SiO₂如果制在硅片上,最简单方法是通过过干氧、湿氧交替的热氧化法。而当在铁氧体或其它材料上制造510时.热氧化法已不适用，这时可选用气相淀积法或射频溅射法。溅射法有重复性一致性好、纯度高、与基片附着力强、制膜温度低且不受衬底基片材料的限制等优点，因此近年来得到广泛应用。本实验使用的溅射仪射频频率13·56MHz.溅射电压选用1100一1300V，溅射靶为高纯SiO₂.实验发现.影响SiO₂膜质量的因素很多.如氢气压力、溅射电压、调谐偏压、衬底基片的加热温度等等。分别讨论如下：