集成(B/Ti)n/Cr含能薄膜及点火桥的研究

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0.9 Pa，溅射功率为128 W，靶基距为7 cm，溅射时间为1.5 h。在优化条件下制备的Cr薄膜厚度为2.1μm，电阻率为126μΩ·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（1.5 A）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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第一章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2 国内外研究现状及进展

1.3 选题依据

1.4 研究内容

第二章 Cr薄膜的制备与性能研究

2.1 Cr薄膜表征设备介绍

2.2 Cr薄膜的制备

2.3 Cr薄膜的表面分析

2.4 本章小结

第三章 Cr薄膜电阻桥的制备及性能研究

3.1 Cr薄膜电阻桥的设计

3.2 点火电阻桥发热的ANSYS有限元仿真

3.3 Cr薄膜电阻桥制备工艺

3.4 Cr薄膜的湿法腐蚀工艺参数研究

3.5 Cr薄膜电阻桥的制备及测试

3.6 电阻桥点火测试

3.7 本章小结

第四章 Cr/B/Ti集成薄膜点火电阻桥制备及性能研究

4.1 B/Ti多层薄膜的制备

4.2 电阻桥点火性能测试

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 本文工作及结论

5.2 未来与展望

致谢

参考文献

硕士研究生期间取得的研究成果