Quá trình thực hiện chế tạo cảm biến được thực hiện tại phòng sạch (Cleaning room) tiêu chuẩn 10000 tại viện ITIMS. Để chế tạo được linh kiện cảm biến như yêu cầu, từ phiến Silic ban đầu chúng tôi đã thực hiện quy trình qua các bước công nghệ trung gian và cuối cùng được hàng trăm linh kiện cảm biến có cấu trúc hoàn thiện trên đế SiO2/Si/ SiO2.
Quy trình được chia làm 3 công đoạn:
Công đoạn 1: Chế tạo lớp điện cực và lò vi nhiệt trên đế SiO2/Si/SiO2
Công đoạn 2: Tạo lớp màng mỏng SnO2 trên điện cực
Công đoạn 3: Tạo lớp đảo xúc tác trên lớp màng mỏng nhạy khí
Công đoạn 1: Chế tạo phiến SiO2/Si/SiO2 có gắn điện cực và lò vi nhiệt theo hình dạng đã thiết kế của mặt nạ.
Bước 1: Xử lý bề mặt.
Đầu tiên phiến silic (4 inch, định hướng (100), dày 525±25 µm, điện trở suất
( (
a) Hóa chất sử dụng: - Dung dịch H2SO4 - H2O2 - Ethanol - Aceton - Nước khử ion b) Thực nghiệm: - Nước khử ion: 3 phút. - Acetone: 10 phút. - Nước khử ion: 3 phút - Ethanol: 10 phút - Nước khử ion: 3 phút - Pirania (H2SO4:H2O2 = 60:15): 10 phút ở 130 oC. - Nước khử ion: 3 phút. - Làm khô bằng khí nén. Bước 2: Ôxy hóa nhiệt.
Phiến Si sau khi làm sạch theo tiêu chuẩn SC được oxi hóa để tạo lớp bảo vệ SiO2 trên cả 2 mặt của phiến. Phương pháp ôxy hóa phiến silic được chúng tôi sử dụng là phương pháp ôxy hóa ẩm. Hệ ôxy hóa có cấu tạo như trên hình sau.
Hình .: Lò ôxy hóa nhi t t i phòng s ch Vi n ITIMS.ệ ạ ạ ệ
Các phiến silic được giữ thẳng đứng trong “thuyền” thạch anh, mỗi thuyền có thể chứa đến 25 phiến. Thuyền được đưa vào trong ống lò oxi hóa. Nhiệt độ trong ống lò có thể điều chỉnh trong dải từ 400 oC đến 1200 oC, độ chính xác 1oC. Thường dây điện trở được cuốn thành ba vùng riêng biệt: vùng trước, vùng trung tâm và vùng cuối, được nuôi bằng ba pha riêng biệt. Nhiệt độ của mỗi vùng được đo và điều khiển thông qua cặp nhiệt.
Trong quá trình thực nghiệm: Dòng khí mang O2 tốc độ 6 lít/phút được thổi qua hệ nước nóng được ổn định ở 80 oC tạo hỗn hợp O2 + hơi nước vào lò ủ nhiệt (). Ở đây quá trình ôxy hóa nhiệt xảy ra theo 3 giai đoạn chính sau đây:
- Phản ứng giữa các nguyên tử Si bề mặt với các chất ôxy hóa tạo lớp SiO2. - Khuếch tán các chất ôxy hóa qua lớp SiO2 tạo thành trước đó.
- Phản ứng giữa chất ôxy hóa với các nguyên tử trên phân biên Si-SiO2. Si (R)+ 2H2O = SiO2(R) + H2
Hình II.20: Sơ đồ phân bố nhiệt trong lò oxi hóa