從二十世紀五十年代到八十年代,，真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)發(fā)展了近三十年，該項技術(shù)用于薄膜壓力傳感器的制造一直受到薄膜質(zhì)量的限制而得不到發(fā)展,。1980年初,，由瑞典和瑞士的材料公司NAF機構(gòu)承擔了用新型壓力傳感器取代老式機械壓力傳感器的發(fā)展計劃。他們開始采用真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù),，得出結(jié)論是：高電阻薄膜用真空蒸發(fā)鍍Ni-Cr膜是不行的,。理由是傳感器的薄膜電阻要達到5KΩ的同時要求膜很薄，而很薄的膜的不連續(xù)性導(dǎo)致傳感器的穩(wěn)定性,、重復(fù)性都很差,。

1980年代至1990年代期間，薄膜壓力傳感器的技術(shù)性能隨著磁控濺射鍍膜技術(shù)的發(fā)展,，而不斷提高,，但是由于工藝技術(shù)的復(fù)雜性，這種技術(shù)制造薄膜壓力傳感器僅少數(shù)公司掌握而且成品率不高約30%,。同期,，國內(nèi)有少數(shù)單位采用磁控濺射鍍膜技術(shù)制造薄膜壓力傳感器，由于技術(shù)原因目前已基本停滯,。

物理氣相淀積方法（簡稱PVD方法）包括真空蒸發(fā),、磁控濺射、離子束濺射等,，這些都是薄膜淀積技術(shù),，其薄膜質(zhì)量差異很大，原因是薄膜形成強烈依賴于各種工藝條件,。在PVD法中,，薄膜形成過程是：初始碰撞到基片上的材料的氣相粒子，被單個的吸附在基片的表面上,，形成吸附相,，它們互相結(jié)合形成原子團，繼續(xù)長大后,，凝結(jié)成晶核,，晶核繼續(xù)長大聚合成小島，繼續(xù)長大時,，許多小島之間形成網(wǎng)狀的溝道連接,，形成了不連續(xù)的薄膜,。當薄膜平均厚度達到一定值時,，不連續(xù)的薄膜形成了性能穩(wěn)定的連續(xù)薄膜,。目前薄膜壓力傳感器都是應(yīng)用的連續(xù)的薄膜。因為它們經(jīng)熱處理后逐漸趨向穩(wěn)定,。顯然,，初始形成的晶核尺寸大小、致密程度,、附著力大小和雜質(zhì)污染等是決定薄膜質(zhì)量的重要因素,。這些因素的影響使制成的薄膜主要缺陷是位錯。它是由膜中應(yīng)力產(chǎn)生而形成,；也由于晶核形成小島的聚合,、準邊界構(gòu)成，膜與襯底熱膨脹系數(shù)不同而引起等等,。其它的缺陷是空位,、空洞、空隙,、晶粒邊界,。填充缺陷以及表面粗糙度雜質(zhì)染污等。物理氣相淀積成膜方式中,，這些缺陷都存在,，只是不同方法表現(xiàn)的缺陷輕重程度不同而已。

真空蒸發(fā)氣相過程發(fā)生很快,，淀積速率也快,，初始形成的氣相粒子也大，薄膜的缺陷的特征是大量的空位,，其次是比較多的空洞,，位錯，雜質(zhì)污染等,，它們導(dǎo)致膜表面粗糙和膨松,，附著力差。因此,，用于介質(zhì)的膜的厚度限于1000 nm,，厚了易龜裂。絕緣膜承受擊穿壓低,，形成連續(xù)薄膜的平均厚度大約500 nm左右,。這樣做出薄膜電阻的橋阻只能為幾百歐姆左右，不能做到高阻值,。特別是,，這些缺陷造成薄膜內(nèi)應(yīng)力,，熱應(yīng)力大，導(dǎo)致零點飄移大,。應(yīng)變電阻的合金成分變化大,，橋路電阻不穩(wěn)定，又不重復(fù),，應(yīng)變系數(shù)也較難控制等,。

直流和高頻濺射淀積的薄膜，由于氣相過程相對慢,，合金膜的組分比也易控制,，薄膜晶核較小，比較致密,，附著力也高,。薄膜缺陷也大大減少。這些使介質(zhì)膜的絕緣性能也大大提高,，橋臂電阻的穩(wěn)定性也提高,，工作溫度范圍也變寬。但是,，由于薄膜是在高溫300℃以上的等離子體區(qū)內(nèi)形成的,。所以等離子區(qū)內(nèi)的惡劣環(huán)境，使膜的質(zhì)量進一步提高受到限制,。主要缺陷是來自等離子位區(qū)內(nèi)雜質(zhì)的污染,，固體雜質(zhì)的污染改變了應(yīng)變電阻膜的性能。介質(zhì)膜降低了絕緣性能,，特別是局部高壓強的氣體Ar引起薄膜的吸附,，薄膜中吸附大量的氣體在薄膜生長過程中逐步擴散而逸出，形成很多的空隙,。由于雜質(zhì)污染和空隙的產(chǎn)生,，薄膜針孔的增多，導(dǎo)致絕緣性能降低,。企圖增加薄膜厚度提高絕緣強度,，也受到高于2000nm厚膜易龜裂的限制。絕緣性能一般為100MΩ/50V,。電阻膜達到連續(xù)膜特征的平均膜厚,，上世紀80年代大約為250 nm ,90年代末期已經(jīng)達到100 nm 。所以橋臂電阻可以達到2KΩ左右,，但是電阻薄膜存在的那些缺陷特別是雜質(zhì)的污染,，它的熱穩(wěn)定性差，在高溫時,，零點輸出的漂移大,。一般只能控制在萬分之幾,。而現(xiàn)代的要求要達到十萬分之幾，甚至百萬分之幾,。據(jù)報道,，國外公司生產(chǎn)的成品率大約30%，失效原因主要是絕緣性能差,，這也許是直流和高頻濺射淀積工藝技術(shù)的極限,。

離子束濺射薄膜技術(shù)和磁控濺射薄膜技術(shù)大致同期發(fā)展,，但是直到美國卡夫曼等人發(fā)明了產(chǎn)生低能離子束的離子源,，才使離子束濺射技術(shù)得到實際應(yīng)用。利用這個低量能離子束轟擊固體表面,，產(chǎn)生動能的轉(zhuǎn)換,，使靶材表面原子逸出來，稱為離子束濺射,，通常離子束能量大約是1Kev-2Kev,。成膜機理仍屬PVD原理，只是淀積速度較慢,，由于成膜的靶和基片處在非等離子區(qū)的高真空,、低溫環(huán)境，所以薄膜雜質(zhì)和氣體吸附污染少,，薄膜的質(zhì)量較高,，主要特點是較致密，附著力好,。所以介質(zhì)薄膜可以淀積較厚4000 nm 以上,，其絕緣性能大幅度提高。一般100VDC時達到500MΩ以上,，甚至達到1000MΩ,。不僅耐壓比磁控濺射薄膜提高一倍，而且絕緣電阻提高5至10倍,。作為應(yīng)變電阻的Ni-Cr薄膜的平均厚度一般在100 nm 至150 nm ,。橋臂電阻可以做到4KΩ左右。離子束濺射的薄膜缺陷,，主要表現(xiàn)在PVD原理中薄膜所存在的那些固有缺陷,。因此，它的性能差異,，主要表現(xiàn)在高溫時傳感器的熱穩(wěn)定性能差,，即熱零點漂移較大，大約控制在±0.2%F·S范圍,。要進一步降低零點漂移,，需要對應(yīng)變材料進行改性,。目前澤天傳感已做到熱零點漂移小至0.0002%FS/℃，這是目前世界上領(lǐng)先的,。

從真空蒸發(fā)到磁控濺射,、離子束濺射等薄膜技術(shù)的發(fā)展，近代的薄膜壓力傳感器已發(fā)展到相當高的水平,。在磁控濺射和離子束濺射中,，從靶上逸出的原子數(shù)都是幾個到幾十個原子層的逸出。淀積速率還是相對較快,，而且淀積原子先氣化后凝結(jié),，這個過程是很復(fù)雜的。甚低能加速器的問世,，使得逐原子層的淀積機理成為現(xiàn)實,。本文源自澤天傳感，轉(zhuǎn)載請保留出處,。