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集成(B/Ti)n/Cr含能薄膜及点火桥的研究

杨生川  
【摘要】:薄膜电阻桥是随薄膜技术的发展而诞生的一类薄膜火工品,主要包括半导体电阻桥,金属薄膜电阻桥,含能薄膜桥等。随着微机电系统技术(MEMS)的发展,金属薄膜桥脱颖而出,成为火工品领域研究的热点。本文在Cr薄膜电阻桥上集成B/Ti薄膜,将电能与化学能结合,提高薄膜电阻桥的一致性,安全性和可靠性。主要开展了以下几方面的研究工作: 首先,采用磁控溅射法在Al2O3单面抛光陶瓷基片上制备Cr薄膜,研究了溅射参数对薄膜性能的影响。结果表明:Cr薄膜的沉积速率随工作气压的增大呈先增大后减小的趋势,随溅射功率的增大而增大。当薄膜厚度小于2μm时,薄膜的电阻率随着厚度的增加而迅速减小,当薄膜厚度大于2μm时,薄膜电阻率随厚度的增加变化率减小。优化的Cr薄膜溅射参数为背底真空度为6×10~(-4)Pa,溅射气压为0.9Pa,溅射功率为128W,靶基距为7cm,溅射时间为1.5h。在优化条件下制备的Cr薄膜厚度为2.1μm,电阻率为126μ·m。 其次,采用光刻—湿法腐蚀工艺图形化Cr薄膜制备电阻桥。研究了温度、腐蚀溶液浓度、pH值对Cr电阻桥腐蚀效果的影响。结果表明:腐蚀速率主要和温度有关,随温度的升高而增加。侧蚀量随温度的升高先减小后增加,30℃时侧蚀量最小,只有0.5μm,腐蚀速率为200nm/min。侧蚀随着硝酸铈铵溶液浓度的增加而减小,当溶液饱和时,侧蚀最小,为0.4μm。pH值主要影响Cr薄膜电阻桥的表面状况。 第三,采用剥离法在Cr电阻桥焊盘处沉积约3.6μm厚的Cu膜,获得Cr薄膜电阻桥样品,对样品加载恒流进行点火性能测试。结果表明:电阻桥的点火效果主要跟点火电流和桥区尺寸相关。当点火电流较小(1.5A)时,样品难以发火。当点火电流增加到3A时,样品均能成功发火。当桥区线宽相同时,长度越长,点火效果越好,而当桥区长度相同时,线宽越窄点火效果越好。 最后,采用磁控溅射和掩模图形化工艺在Cr电阻桥桥区上沉积40层,总厚度约5μm的B/Ti多层膜,其中第一层B膜厚度为1μm,其余每层厚度为0.1μm。测试结果表明,B/Ti反应多层膜能明显增强电阻桥点火效果,但是比涂敷黑火药点火效果差。


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