[发明专利]基于SiC热电材料的高温热流传感器及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于SiC热电材料的高温热流传感器及其制备方法，包括：SiC衬底，具有第一表面和第二表面，第一表面上设有沟槽及由沟槽围绕形成的平台区域；复合介质膜，覆盖沟槽及平台区域；隔热腔体，设于SiC衬底中，由第二表面向内凹入，位于平台区域的部分复合介质膜下方；P型SiC薄膜电阻块及N型SiC薄膜电阻块，位于平台区域的复合介质膜上，且局部位于隔热腔体上方；绝缘介质层，覆盖P型SiC薄膜电阻块及N型SiC薄膜电阻块以及复合介质膜；金属图层，形成于绝缘介质层上，包括电极及引线，将P型SiC薄膜电阻块及N型SiC薄膜电阻块连接形成热电堆。本发明采用具有优异高温性能的单晶SiC作为热电材料，可实现高温恶劣环境中热流密度的快速、准确测量。

技术领域

本发明属于热流检测技术领域，特别是涉及一种基于SiC热电材料的高温热流传感器及其制备方法。

背景技术

自然界和生产过程中，存在着大量的热量传递问题。随着现代科学技术的发展，仅把温度作为热量传递的唯一信息已远远不够。因此，热流检测理论和技术越发受到重视，相应的热流传感器也得到了较大的发展和广泛的应用。

现有的热流传感器虽能够满足工农生产及日常生活中热流密度的一般测量需求，但其耐热温度和测量量程普遍较低，通常在1000℃和1MW/m²以下，而且其尺寸较大，响应时间较长，最快也只有ms量级。因此，在诸如航空、航天发动机等超高温、大热流的恶劣环境中，现有的热流传感器难以实现快速、准确的测量。

采用MEMS技术制造的热电堆型热流器件具有体积小、结构简单、响应速度快等得天独厚的优势，但面临超高工作温度、大热流的难题，材料的选择尤为重要。SiC作为一种宽带隙半导体，具有高熔点、高热导率、高载流子迁移率和高击穿电压，是高温传感器件的理想材料。目前已经开发出基于SiC的高温微加热器和流量传感器，但基于SiC的高温热流传感器尚未有报道。

4H-SiC单晶薄膜材料是SiC中熔点更高、热导率更高的材料，采用4H-SiC热电材料制造大热流器件可充分利用其高温稳定性好、热导率大的特点，在提高热稳定性的同时，实现快速加热和冷却，从而使其在超高温环境中的应用成为可能。

因此，无论从工业生产需求还是技术发展趋势，开发一种快速响应、性能稳定的基于SiC热电材料的高温热流传感器具有重要的意义。

发明内容

鉴于以上所述现有技术，本发明的目的在于提供一种基于SiC热电材料的高温热流传感器及其制备方法，用于实现航空航天、冶金等高温恶劣环境中热流密度的快速、准确测量。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于SiC热电材料的高温热流传感器，包括：

SiC衬底，所述SiC衬底具有第一表面和第二表面，在所述第一表面上设有沟槽以及由所述沟槽围绕形成的平台区域；

复合介质膜，位于所述SiC衬底的第一表面，覆盖所述沟槽表面及所述平台区域表面；

隔热腔体，设于所述SiC衬底中，由所述SiC衬底的第二表面向内凹入，位于所述平台区域的部分所述复合介质膜的下方；

P型SiC薄膜电阻块及N型SiC薄膜电阻块，位于所述平台区域位置的所述复合介质膜上，且局部位于所述隔热腔体的上方；

绝缘介质层，覆盖所述P型SiC薄膜电阻块及N型SiC薄膜电阻块以及所述复合介质膜；

金属图层，形成于所述绝缘介质层上，包括电极及引线，以将所述P型SiC薄膜电阻块及N型SiC薄膜电阻块连接形成热电堆。

可选地，所述SiC衬底的材料选自于4H-SiC、6H-SiC、3C-SiC中的一种。

可选地，所述沟槽的深度为1-50μm。