[发明专利]一种高频响薄膜热电极温度传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高频响薄膜热电极温度传感器及其制备方法，属于测试技术领域。

背景技术

    在大量的科学研究和实际生产中，温度是一个非常重要的测量物理量，其中对瞬变温度的测量一直都是该研究领域的重点和难点。普通的测量方法如：普通热电偶或热电阻温度传感器以及红外测温仪等都存在响应时间过长等缺陷，难以满足快速变化条件的温度测量。特别是在气动系统中，由于气体的热容小，在充放气过程中气体的温度随着压缩比的变化而快速改变，以上提出的测量方法都不具有可操作性，或是存在较大的测量误差。

随着低维材料技术的发展，一种基于赛贝克效应的薄膜热电极应运而生。由于具有热容小、响应迅速等优点，所以非常适合用来测量瞬变温度。目前，对于薄膜热电极的研究过程中发现存在以下问题：薄膜热电极的灵敏度偏低、以及薄膜热电极与基底之间的结合力较小，在测温过程容易出现薄膜热电极脱离现象。

发明内容

本发明为了解决上述的技术问题而提供了一种高频响薄膜热电极温度传感器，该高频响薄膜热电极温度传感器，不仅提高了薄膜热电极传感器的灵敏度，而且还有效解决了薄膜热电极结合力偏小，在测温过程容易出现薄膜热电极脱离的技术问题。

本发明的目的之二是提供上述的一种高频响薄膜热电极温度传感器的制备方法。

本发明的技术方案

一种高频响薄膜热电极温度传感器，包括单晶硅基底、两根温度补偿导线、Cu薄膜热电极和CuNi薄膜热电极，另外还包括一层SiO₂薄膜阻挡层，其厚度优选为80～100nm；

所述的SiO₂薄膜阻挡层是采用磁控溅射法镀制于单晶硅基底的上表面，SiO₂薄膜阻挡层除了起到绝缘的作用外，还可以提高Cu薄膜热电极和CuNi薄膜热电极与单晶硅基底间的结合强度，进而避免了Cu薄膜热电极和CuNi薄膜热电极薄膜脱落的现象；

所述的Cu薄膜热电极和CuNi薄膜热电极分别采用磁控溅射法镀制在SiO₂薄膜阻挡层上，且所述的Cu薄膜热电极和CuNi薄膜热电极在SiO₂薄膜阻挡层上搭接形成一个热结点块，其面积优选为3-8                                               ；

所述的两根温度补偿导线分别用导电银胶与Cu薄膜热电极、CuNi薄膜热电极相连；

所述的Cu薄膜热电极和CuNi薄膜热电极的厚度优选均为0.5-2um。

上述的一种高频响薄膜热电极温度传感器的制作方法，包括以下步骤：

（1）、用丙酮和去离子水对单晶硅基底各清洗10-20min，烘干后，再用丙酮和去离子水进行反溅清洗10-20min；

（2）、将步骤（1）清洗后所得的单晶硅基底的上表面采用磁控溅射法镀制一层SiO₂薄膜阻挡层；

即首先装上Φ75mm的SiO₂靶材，调节靶间距为40-70mm，然后将清洗好的单晶硅基底装卡在不锈钢夹具上并送入溅射室内的基片架上，关闭溅射室抽真空，控制本底真空度为0.5×10^-3～1.0×10^-3Pa，然后充入充入工作气体Ar，其中Ar气流量为30-40sccm，压力为1.5-2.5pa,溅射时间控制在10-20min，镀制完毕后取出待用；

（3）、将步骤（2）中所得的镀有SiO₂薄膜阻挡层的单晶硅基底装卡在不锈钢夹具，并且盖上一层铝箔所制的掩膜，使待镀Cu薄膜电极的部位裸露而其他部位全部被所述的铝箔所制的掩膜所遮盖，送入溅射室内的基片架上，装上Φ75mm的纯铜靶，调节靶间距为40-70mm；

          把溅射室抽成真空，控制背底真空度0.5×10^-3～1.0×10^-3Pa，充入工作气体Ar，其中Ar气流量为10-20sccm，压力为0.8-1.2pa；

      启动溅射电源，调整溅射功率到50W，根据沉积速率为5-15nm/min，调整沉积时间为100-140min，并对单晶硅基底加热温度约为40℃，制作出Cu薄膜热电极；