4. Phƣơng pháp nghiên cứu
3.1.1. Chế tạo các điện trở dạng cầu Wheatstone
3.1.1.1. Quá trình quang khắc
Làm sạch bề mặt mẫu (bước 1)
Đế đƣợc dùng để chế tạo cảm biến là đế Si, một mặt đƣợc oxi hóa thành lớp SiO2 (có chiều dày khoảng từ 500 nm đến 1000 nm) để cách điện giữa đế với màng trên đế. Trên đế Si có nhiều chất bẩn và chất hữu cơ nên ta phải làm sạch đế để không ảnh hƣởng tới chất lƣợng của màng.
- Chuẩn bị đế Si/SiO2.
- Cho đế vào dung dịch axeton, rung siêu âm trong 5 phút để loại bỏ hết chất chất bẩn và chất hữu cơ trên đế.
- Sau khi rung siêu âm, cho đế vào dung dịch cồn, lắc đều để loại bỏ hết axeton còn bám trên đế.
- Cho đế vào nƣớc DI để rửa sạch cồn bám dính.
- Xì khô bằng khí N2, cho lên bếp nung ở 1000 trong thời gian 5 phút để bốc bay hết hơi nƣớc còn trên bề mặt đế.
19
- Các mẫu đƣợc phủ lớp cản quang bằng cách cho các mẫu quay trên thiết bị quay phủ (spin coater) SussMicroTec.
- Chất cản quang sử dụng là AZ5214-E (AZ5214-E là một chất cản quang đặc biệt, nó có thể đƣợc sử dụng cho cả quá trình quang khắc dƣơng và âm). Quá trình quay phủ gồm 2 bƣớc với các thông số cho trong bảng 3.1.
Độ dày của chất cản quang đƣợc tính theo công thức (3.1): 𝑇𝑃𝑅~ 1
𝑠𝑝𝑒𝑒𝑑
Với tốc độ quay phủ cho trong bảng 3.1 thì chiều dày của chất cản quang sau khi nung khoảng 3µm.
Bảng 3.1: Các thông số trong quá trình quay phủ chất cản quang AZ5214-E
Bƣớc Tốc độ quay phủ (v/p) Số lần gia tốc Thời gian(s)
0 600 2 6
1 3500 6 30
Chiếu tia UV (có mask)(bước 3)
Trong quá trình quang khắc, chúng tôi đặt máy quang khắc với các thông số: cƣờng độ chiếu sáng 1,1mW/cm2, công suất chiếu sáng 240W. Các mẫu sau khi sấy sẽ đƣợc chiếu tia UV trong khoảng 180s với mask sử dụng là mask dành cho chế tạo mạch cầu Wheatstone hình 3.2.
20
Hình 3.2: Ảnh chụp mask điện trở mạch cầu Wheatstone
Cho mẫu vào dung dịch developer AZ300MIF để tráng rửa hiện hình. Lắc đều mẫu trong khoảng 2 phút đến khi phần cản quang phủ trên các điện trở cần tạo hình bị rửa trôi hết. Cho vào nƣớc DI khuấy cho trôi hết developer trên bề mặt mẫu. Quan sát mẫu dƣới kính hiển vi, nếu thấy trên đế xuất hiện các điện trở mạch cầu Wheatstone, chứng tỏ quá trình quang khắc đã thành công.
3.1.1.2. Quá trình phún xạ
Sau khi tạo hình cho các điện trở mạch cầu Wheatstone, mẫu đƣợc đem đi phún xạ lớp vật liệu nhạy từ trƣờng NiFe.
Lấy mẫu sau khi tráng rửa gắn vào giá giữ mẫu có từ trƣờng ghim 900Oe, ta sẽ phún màng có cấu trúc dạng: Ta/Ni80Fe20. Mục đích của việc phún lớp Ta là để cho lớp Ni80Fe20 bám chắc vào đế và tăng cƣờng dị hƣớng cho lớp Ni80Fe20. Các thông số của quá trình phún đƣợc cho trong bảng 3.2. Khi đã phún xong, chúng tôi tiến hành lift-off. Lấy mẫu cho vào cốc đựng axeton rung siêu âm trong khoảng 3 phút. Phần màng phún trên chất cản quang sẽ bị trôi hết trong quá trình rung siêu âm, chỉ còn lại phần màng phún dạng mạch cầu Wheatstone (hình 3.3).
21
Bảng 3.2: Thông số phún xạ khi tạo điện trở cấu trúc cầu
Màng Chân không cơ sở Pbase Áp suất khí Ar Công suất phún Vận tốc quay của đế Chiều dày màng Ta 2*10-7 Torr 2,2 mTorr 25W 30 prm 5nm NiFe 2,2 mTorr 75W 30 prm 5nm
Hình 3.3: Mạch cầu điện trở sau khi phún xạ và lift- off