【摘 要】
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吸气剂薄膜能够提高并维持真空MEMS（微机电系统,Micro-Electro-Mechanical System）器件内部的真空度,对于提升MEMS真空器件的性能、寿命和可靠性具有重要作用。随着MEMS的发展,MEMS真空器件对内部真空度的要求也在逐渐提高。本文旨在提高吸气剂薄膜的吸气性能的同时提升吸气剂薄膜与MEMS真空器件的工艺兼容性。通过在吸气剂薄膜与衬底之间沉积一层致密的阻挡层,可以减少甚
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吸气剂薄膜能够提高并维持真空MEMS（微机电系统,Micro-Electro-Mechanical System）器件内部的真空度,对于提升MEMS真空器件的性能、寿命和可靠性具有重要作用。随着MEMS的发展,MEMS真空器件对内部真空度的要求也在逐渐提高。本文旨在提高吸气剂薄膜的吸气性能的同时提升吸气剂薄膜与MEMS真空器件的工艺兼容性。通过在吸气剂薄膜与衬底之间沉积一层致密的阻挡层,可以减少甚至避免衬底放气对吸气剂薄膜的吸气性能的影响,同时提升吸气剂薄膜与衬底之间的结合力,优化吸气剂薄膜与真空器件之间的兼容性。通过测试ZrCoRE吸气剂薄膜在不同条件下的吸气性能来研究其与MEMS真空器件的兼容性。通过分析TiCoRE吸气剂薄膜的吸气性能、激活温度和寿命来探索其在真空器件中的应用前景。本文具体的研究内容如下:（1）在ZrCoRE和TiCoRE吸气剂薄膜和衬底之间沉积不同阻挡层材料（ZrCoRE、TiCoRE、Cr和Ti）,对吸气剂薄膜的吸气性能进行研究。发现以致密Ti薄膜作为阻挡层对吸气剂薄膜的吸氢性能的提升幅度最大。ZrCoRE/Ti/Si和TiCoRE/Ti/Si吸气剂薄膜的初始吸气速率分别为296和171 cm3·s-1·cm-2,与同质材料阻挡层相比,提升了54%和24%;Ge衬底上ZrCoRE/Ti吸气剂薄膜的初始吸气速率为176 cm3·s-1·cm-2,与ZrCoRE阻挡层相比,初始吸气速率提升了 25%。ZrCoRE/Ti和TiCoRE/Ti吸气剂薄膜与Si衬底之间的结合力为160 mN和186 mN,ZrCoRE/Ti与Ge衬底之间的结合力为 231 mN,与同质材料阻挡层相比,TiCoRE/Ti/Si,ZrCoRE/Ti/Si 和 ZrCoRE/Ti/Ge与衬底之间的结合力分别提升了 25%、23%和44%。（2）通过分析ZrCoRE/Ti/Si和TiCoRE/Ti/Si吸气剂薄膜的厚度、工作氢压、活性气体种类、保存方式及时长和图形化工艺对吸气性能的影响,得到结论:1)随吸气剂薄膜厚度（1～4 μm）增加,或是随测试氢压（2～8×10-4 Pa）的增加,吸气剂薄膜的吸氢性能提升;2)吸气剂薄膜对H2的吸收性能最好,其次是CO,CO2,最后是N2和CH4;3)采用AZ P4620作为光刻胶与薄膜制备工艺兼容性更好,丙酮和Ar+轰击去胶工艺对吸气剂薄膜的吸气性能的影响不显著;4)采用真空袋封装保存一年的吸气剂薄膜的初始吸气速率约为原始状态下的80%。当薄膜厚度、激活温度和测试气压相同时,相比于ZrCoRE吸气剂薄膜,TiCoRE吸气剂薄膜初始吸气速率为284 cm3·s-1·cm-2,提升了 66%,2h吸气量428 Pa·cm3·cm-2,提升了 5 1%。TiCoRE吸气剂薄膜的特征吸气容量约为5504 Pa·cm3·cm-2,TiCoRE吸气剂薄膜大约能重复激活29次。
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