第52卷第8期2023年8月人工晶体学报JOURNALOFSYNTHETICCRYSTALSVol.52No.8August,2023薄膜热电堆(Cu/Cu55Ni45)热流传感器的制备工艺及性能研究冯楠茗1,代波1,王勇2,李伟1(1.西南科技大学环境友好能源材料国家重点实验室,绵阳621000;2.山东大学空间科学与物理学院,威海264200)摘要:本文首先通过磁控溅射技术在单晶Si和Al2O3陶瓷衬底上分别依次沉积厚度为600nm的Cu和Cu55Ni45薄膜,然后使用微加工技术在10mm×10mm的衬底区域内制备了200对串联的热电偶组成薄膜热电堆结构,最后采用反应溅射联合硬掩膜沉积了不同厚度的氧化铝热阻层,使串联的热电偶分别产生冷端和热端。根据Seebeck效应,在热流的作用下薄膜热电堆冷热两端的温差使传感器输出热电信号,实现对热流密度的测量。通过对薄膜热电堆的表征与标定,结果表明:沉积在Si衬底与Al2O3陶瓷衬底上的Cu/Cu55Ni45热电堆中,Cu膜粗糙度分别为20和60nm,Cu55Ni45膜粗糙度分别为15和20nm,电阻分别为38.2Ω和2.83kΩ,灵敏度分别为0.06945和0.02697mV/(kW·m-2)。具有不同表面粗糙度的单晶Si衬底与Al2O3陶瓷衬底会影响在其表面沉积的Cu/Cu55Ni45热电堆表面粗糙度,进而导致薄膜热电堆产生电阻大小差异,此外,Cu/Cu55Ni45热流传感器的输出热电势与热流密度呈现良好的线性关系。关键词:薄膜热电堆;磁控溅射;微加工;Seebeck效应;热流传感器;灵敏度中图分类号:TP212文献标志码:A文章编号:1000-985X(2023)08-1523-09PreparationProcessandPerformanceofThinFilmThermopile(Cu/Cu55Ni45)HeatFluxSensorFENGNanming1,DAIBo1,WANGYong2,LIWei1(1.StateKeyLaboratoryofEnvironment-friendlyEnergyMaterials,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621000,China;2.SchoolofSpaceScienceandPhysics,ShandongUniversity,Weihai264200,China)Abstract:Inthiswork,CuandCu55Ni45thinfilmswithathicknessof600nmwerefirstlydepositedonsinglecrystalSiandAl2O3ceramicsubstratesbymagnetronsputteringrespectively.Then,thethinfilmthermopilescomposedof200pairsofin-seriesthermocoupleswerefabricatedbymicrofabricationtechnologyin10mm×10mmsubstratearea.Finally,aluminumoxidelayersweredepositedbyreactivemagnetronsputteringasthermalresistancelayers,withthehelpofhardmask.Thedifferentthicknessofthealuminumoxidelayerproducesthecoldandhotendsinthethinfilmthermopile,givingrisetoavoltageunderthei...
