[发明专利]热电偶及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及温度测量领域，特别涉及一种热电偶及其形成方法。

背景技术

红外探测器应用领域非常广阔，可以用于非接触式的温度测量，气体成分分析，无损探伤，热像检测，红外遥感以及军事目标的侦察、搜索、跟踪和通信等。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应(Seebeck effect）。其中热电动势的大小与温度差成正相关函数关系，故可以通过检测电动势的大小来计算被测温度。实际应用中，为了获得更明显的、易检测出的电信号，通常将若干个热电偶串联，如图1（b）所示。

现有技术中，最常见的热电偶材料为两种金属的组合，例如铂铑-纯铂、镍铬-镍硅、纯铜-铜镍、铁-铜镍、镍铬-铜镍等等，以及近年来新出现了硅-金属材料的组合。由于上述材料的电阻温度系数大，导电率低，比热大，热电势与温度之间线性关系差，不够灵敏，适用温度范围狭窄等原因，限制了其在热电偶上的应用。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种热电偶的形成方法，该方法具有工艺简单、稳定可靠的优点。

本发明的实施例公开了一种热电偶的形成方法，包括以下步骤：提供衬底；在所述衬底之上形成介质层；在所述介质层之上形金属层；对所述金属层进行光刻及刻蚀处理，以形成第一压焊块、第二压焊块和热偶金属条，其中所述第二压焊块与所述热偶金属条相连；在所述介质层之上形成碳基薄膜，其中，所述碳基薄膜的一端与所述压焊块接触，另一端与所述热偶金属条接触；以及在所述第一压焊块形成第一金属接触，并在所述第二压焊块之上形成第二金属接触。

在本发明的一个实施例中，所述衬底为Si，所述介质层为通过热氧化形成的SiO₂或通过沉积形成的Si₃N₄。

在本发明的一个实施例中，所述碳基薄膜包括单层石墨烯、双层石墨烯或多层石墨烯。

在本发明的一个实施例中，通过Cu衬底上CVD后化学湿法转移，或者Pt衬底上CVD后电化学法转移以形成所述碳基薄膜。

在本发明的一个实施例中，所述热偶金属条为Bi。

在本发明的一个实施例中，所述衬底的背面经过减薄处理。

根据本发明的热电偶的形成方法，具有如下优点：（1）采用石墨烯材料，石墨烯具有很高的塞贝克系数，且可以通过栅电压进行调制，因此制作的热电偶灵敏性高；（2）利用气压形成的碳基薄膜平整、致密、质量好；形成碳基薄膜之后的工序少，对碳基薄膜的沾污或损害少；（3）最终形成两面夹结构的电极，强度更大，接触电阻更小。

本发明的另一个目的在于提出一种热电偶，该方法具有灵敏度高、稳定可靠的优点。

本发明的实施例公开了一种热电偶，包括以下部分：衬底；形成在所述衬底之上的介质层；形成在所述介质层之上的第一压焊块和第二压焊块；形成在所述介质层之上的碳基薄膜和热偶金属条，其中，所述碳基薄膜的一端与所述第一压焊块相连，另一端与所述热偶金属条相连，所述热偶金属条的另一端与所述第二压焊块相连；以及形成在所述第一压焊块之上的第一金属接触和形成在所述第二压焊块之上的第二金属接触。

在本发明的一个实施例中，所述衬底为Si，所述介质层为通过热氧化形成的SiO₂或通过沉积形成的Si₃N₄。

在本发明的一个实施例中，所述碳基薄膜包括单层石墨烯、双层石墨烯或多层石墨烯。

在本发明的一个实施例中，所述碳基薄膜通过Cu衬底上CVD后化学湿法转移，或者Pt衬底上CVD后电化学法转移形成。

在本发明的一个实施例中，所述热偶金属条为Bi。

在本发明的一个实施例中，所述衬底的背面经过减薄处理。

根据本发明的热电偶，具有如下优点：（1）采用石墨烯材料，石墨烯具有很高的塞贝克系数，且可以通过栅电压进行调制，因此制作的热电偶灵敏性高；（2）利用气压形成的碳基薄膜平整、致密、质量好；形成碳基薄膜之后的工序少，对碳基薄膜的沾污或损害少；（3）最终形成两面夹结构的电极，强度更大，接触电阻更小。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明