[发明专利]一种高灵敏度微型原子层热电堆热流传感器及其制备方法

说明书

本发明属于热流传感器技术领域，具体涉及一种高灵敏度微型原子层热电堆热流传感器及其制备方法。本发明通过采用两种热电势信号极性相反的热电堆线条制备多线条结构，以避免同种ALTP材料制备多线条结构所必须的导电金膜的使用，在此基础上进一步显著提高了ALTP薄膜的有效长度；在保证ALTP热流传感器的灵敏度的前提下缩小传感器尺寸，从而降低传感器对流场的影响。

技术领域

本发明属于热流传感器技术领域，具体涉及一种高灵敏度微型原子层热电堆热流传感器及其制备方法。

背景技术

原子层热电堆(ALTP)是指具有横向Seebeck效应的材料，即当倾斜生长的外延薄膜的上下表面存在温差时，由于材料载流子输运的各向异性导致了垂直于温度梯度方向产生一个热电势。由于材料具有各向异性，当倾斜外延薄膜在温度梯度的作用下，载流子传导如同在两种材料中进行，因此将其称之为原子层热电堆。

通常认为，ALTP的输出电势方向由材料导电类型决定，若材料的多数载流子为空穴，其输出电势指向倾斜方向一端(Kouhei Takahashi等人发表的文章《Influence ofinterband transition on the laser-induced voltage in thermoelectric Ca_xCoO₂thin films》)；若材料的多数载流子为电子，则输出电势与之相反。目前，ALTP热流传感器由于其快速响应特性已成为捕获高频脉动热流信号的主要手段，在风洞试验中具有极大的应用前景。为了尽可能减少传感器对流场的干扰，其尺寸应尽可能小，然而ALTP热流传感器的灵敏度正比于ALTP薄膜的长度，所以传感器尺寸的减小必定带来灵敏度的降低。

基于此，已有研究者提出多线条结构提高ALTP热流传感器灵敏度的方法(CN202110066961)。但是，该方法采用ALTP薄膜制备多线条结构时，由于每根线条的热电势的极性相同，相邻两根线条之间必须使用导电膜将其首尾相连才能实现热电势信号的有效叠加。而导电膜不会对热电势大小有所贡献，反而会严重降低基片面积的有效利用率。

发明内容

针对上述存在的问题或不足，为解决现有ALTP热流传感器兼顾小型化和灵敏度的不足，本发明提供了一种高灵敏度微型原子层热电堆热流传感器及其制备方法。

一种高灵敏度微型原子层热电堆热流传感器，包括：倾斜单晶基片、两种热电堆线条、引线金膜和外接导线。

所述两种热电堆线条为两种热电势信号极性相反的材料，分别为n型和p型ALTP薄膜材料，两种热电堆线条设置于倾斜单晶基片上，并沿单晶基片倾斜方向交替串联排布。

所述引线金膜有两处，分别连接串联导通后的首尾两根热电堆线条，然后分别外接导线。

所述外接导线有两根，分别与两处引线金膜相连，作为整体传感器对外连接的端头。

进一步的，所述倾斜单晶基片为沿c轴倾斜5°-45°的LaAlO₃、SrTiO₃或MgO单晶基片。

进一步的，所述两种热电堆线条为同一种材料分别调制成为n型和p型，以优化不同材料在高温下因热稳定性或热膨胀系数不同使器件稳定降低的问题。