[发明专利]含高温保护薄膜组的钨铼薄膜热电偶传感器及制备方法

说明书

本发明公开了一种含高温保护薄膜组的钨铼薄膜热电偶传感器及制备方法，由高温保护薄膜组与并联钨铼薄膜热电偶共同构成传感器芯片。其中钨铼合金薄膜组、高温电极和氧化铝薄膜保护层这三部分均连接在碳化硅质基底上，覆盖非晶态碳化硅薄膜保护层。本发明能够能在高温下(1000‑1700K)，长时间测量温度信号，具有耐高温、防氧化、高塞贝克系数的特性，并同时解决了现有技术中存在的问题——如高温下的热失配、氧化、1400K附近基本失效的问题。

【技术领域】

本发明属于微型温度传感器芯片技术领域，具体涉及一种含高温保护薄膜组的钨铼薄膜热电偶传感器及制备方法。

【背景技术】

热电偶温度传感器，自19世纪20年代被首次发明后，在温度测量领域应用广泛，作为标准测试测量设备的一种，具有在制造使用上简单方便、在测量测试上高精度惯性小的优点。其中的高温热电偶温度传感器，在测量恶劣工况下的温度中有重要价值。然而，对于需要微型化的接触式高温直接测量，现在技术手段不足。采用磁控溅射技术的新型薄膜热电偶结构，是一个解决此问题的新发展方向。最近有基于这种结构特性的研究成果，如使用镍铬合金的结合结构。虽然有一定效果，但仍旧没有解决在长时间高温下的温度测量问题。传统型热电偶温度传感器以电偶丝为核心工作部件，工作温度高，但缺点为体积较大，难于应用于特殊的工业需求之下。目前，现有技术中曾提出一种采用钨铼合金薄膜热电偶温度传感器芯片，在1000K以下高温测量上效果明显，但当测温范围上升到更高的温度，即1000K～1700K范围内，由于不同的失效机理，仍然效果不足。

【发明内容】

本发明的目的在于解决现有技术中高温下的热失配、氧化、1400K附近基本失效等问题，提出一种含高温保护薄膜组的钨铼薄膜热电偶传感器及制备方法，使其具有能长时间在1000K～1700K高温下温度测量的同时，还兼具了微型化的特点。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

含高温保护薄膜组的钨铼薄膜热电偶传感器，包括碳化硅质基底，碳化硅质基底的上表面设置并联钨铼合金薄膜组；并联钨铼合金薄膜组的正负极分别连接高温电极，并联钨铼合金薄膜组上依次设置有氧化铝薄膜保护层和碳化硅薄膜保护层。

本发明进一步的改进在于：

所述并联钨铼合金薄膜组的正极一侧与负极一侧厚度相同。

所述高温电极与并联钨铼合金薄膜组的冷端相连。

所述并联钨铼合金薄膜组被氧化铝薄膜保护层完全包覆，氧化铝薄膜保护层的厚度为并联钨铼合金薄膜组厚度的2～3倍。

所述碳化硅薄膜保护层为非晶态碳化硅薄膜保护层。

所述氧化铝薄膜保护层被非晶态碳化硅薄膜保护层完全包覆，非晶态碳化硅薄膜保护层的厚度与并联钨铼合金薄膜组厚度相同。

一种含高温保护薄膜组的钨铼薄膜热电偶传感器的制备方法，包括以下步骤：

1)将碳化硅压制抛光为表面粗糙度为10级的底片，并在80～200℃下进行无氧烧结，得到碳化硅质基底；

2)采用浓硫酸与双氧水的混合溶液，超声波清洗碳化硅质基底；其中，浓硫酸与双氧水的体积比例为3:1；

3)清洗后脱水烘干，单面涂覆光刻胶，采用光薄掩膜板进行紫外线光刻，刻蚀深度为2μm；

4)采用磁控溅射，选取150w功率，60sccm流量，镀并联钨铼合金薄膜组；

5)剥离，使用丙酮溶液洗涤，磁控溅射镀氧化铝薄膜保护层；

6)冷却，磁控溅射镀非晶态碳化硅薄膜保护层；

7)激光打孔，在碳化硅质基底打孔，采用高温水泥与高温导电胶复合连接，将电偶补偿导线引入，制作高温电极。