具有(400)晶面择优的铟锡氧化物在透明薄膜热电偶上的应用的制作方法

本发明涉及一种具有(400)晶面择优的铟锡氧化物在透明薄膜热电偶上的应用，属于薄膜热电偶技术领域。

背景技术：

薄膜热电偶具有制备成本低、灵敏度高、响应时间短等优点。目前，薄膜热电偶主要由金属类材料构成，如：pt、ni90cr10、ni95si5等，上述金属类薄膜热电偶在可见光范围内均是不透明的，而在某些特殊领域，要求薄膜热电偶在可见光范围内是透明的，如：太空望远镜的镜片表面、航天器的玻璃表面、太阳能电池板的表面等。铟锡氧化物薄膜材料是一类重要的透明导电材料，在光电转换领域有重要的应用，如：太阳能电池透明电极、平板显示器透明电极、光电传感器透明电极等。近年来，将透明导电铟锡氧化物薄膜材料利用在透明薄膜热电偶领域的研究，越来越引起人们的关注。透明铟锡氧化物薄膜材料在作为透明薄膜热电偶应用时，其塞贝克系数越大，透明薄膜热电偶测温越准；塞贝克系数越稳定，透明薄膜热电偶服役寿命越长。然而，普通铟锡氧化物薄膜具有无择优多晶体心立方铁锰矿相结构，在空气中进行测温时，由于无择优多晶体心立方铁锰矿相铟锡氧化物薄膜会与空气中的氧气发生反应，导致铟锡氧化物薄膜的电学性质会发生不可逆变化，进而导致薄膜热电偶具有较低的塞贝克系数，最终导致薄膜热电偶测温精度降低。

目前，为克服铟锡氧化物透明薄膜热电偶在测温过程中塞贝克系数不稳定的问题，需要在铟锡氧化物薄膜透明薄膜热电偶表面制备一层致密的防氧化涂层，如：sio2、al2o3、sinx、alnx等，但这些方法均存在一些不足之处，如：防氧化涂层内较大的应力会破坏铟锡氧化物薄膜材料；防氧化涂层内较大的应力会在变温服役过程中导致防氧化涂层破碎、脱落，进而导致防氧化失效；在制备防氧化涂层的过程中需向外界排放含有cl、f、cox、nhx、nox等有害气体的尾气，造成环境污染；制备的铟锡氧化物透明薄膜热电偶存在成本高、耗时长、效率低等问题。

技术实现要素：

本发明利用直流脉冲磁控溅射的方法制备体心立方铁锰矿相多晶铟锡氧化物透明薄膜热电偶，通过调节铟锡氧化物薄膜的择优取向，使铟锡氧化物透明薄膜热电偶具有较高的塞贝克系数，解决了上述问题。

本发明提供了一种具有(400)晶面择优的铟锡氧化物在透明薄膜热电偶上的应用，利用直流脉冲磁控溅射的方法将具有(400)晶面择优的体心立方铁锰矿相多晶铟锡氧化物制成透明薄膜热电偶的一极，所述直流脉冲磁控溅射的占空比为10-40％。

本发明所述占空比的定义为：靶材表面在进行直流脉冲磁控溅射时，一个脉冲周期为t，其中：正电压时间为t1，负电压时间为t2，t1+t2＝t，占空比为

本发明优选为所述透明薄膜热电偶中铟锡氧化物的厚度≥300nm。

本发明优选为所述铟锡氧化物的纯度为99.99％，其中：三氧化二铟的质量百分比为90wt.％，二氧化锡的质量百分比为10wt.％。

本发明优选为所述直流脉冲磁控溅射的温度为自然室温。

本发明优选为所述直流脉冲磁控溅射的工作气体为氩，氩的纯度为99.99％。

本发明有益效果为：

本发明通过控制直流脉冲磁控溅射所得铟锡氧化物薄膜的择优取向，使铟锡氧化物透明薄膜热电偶具有较高的塞贝克系数。

本发明所述的透明薄膜热电偶制备简单、成本低、产率高、便于大规模工业化生产。

附图说明

本发明附图4幅，

图1为实施例1-4、对比例1-2中锌铝氧化物薄膜电极掩膜板的结构示意图；

图2为实施例1-4、对比例1-2中铟锡氧化物薄膜电极掩膜板的结构示意图；

图3为实施例1-4、对比例1-2中透明薄膜热电偶的结构示意图；

图4为实施例1-4、对比例1-2中铟锡氧化物薄膜电极的x射线衍射图谱。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

一种具有(400)晶面择优的铟锡氧化物在透明薄膜热电偶上的应用，利用直流脉冲磁控溅射的方法在自然室温下以石英片为基底材料，将如图1所示的掩膜板置于基底材料上，以锌铝氧化物为溅射靶材，锌铝氧化物的纯度为99.99％，其中：氧化锌的质量百分比为98wt.％，三氧化二铝的质量百分比为2wt.％，以氩为溅射气体，氩的纯度为99.99％，进行磁控溅射制备透明薄膜热电偶中锌铝氧化物薄膜电极，锌铝氧化物薄膜极的厚度为1500nm；然后，利用直流脉冲磁控溅射的方法在自然室温下以上述沉积有锌铝氧化物的石英片为基底材料，将如图2所示的掩膜板置于基底材料上，以铟锡氧化物为溅射靶材，铟锡氧化物的纯度为99.99％，其中：三氧化二铟的质量百分比为90wt.％，二氧化锡的质量百分比为10wt.％，以氩为溅射气体，氩的纯度为99.99％，进行直流脉冲磁控溅射制备透明薄膜热电偶中铟锡氧化物薄膜电极，铟锡氧化物薄膜极的厚度为700nm，形成结构如图3所示的透明薄膜热电偶，其中铟锡氧化物薄膜材料呈体心立方铁锰矿相多晶结构，并表现出弱(400)晶面择优取向，如图4所示；

其中：制备锌铝氧化物薄膜电极时，直流脉冲磁控溅射电源工作频率为100khz，锌铝氧化物靶表面溅射功率密度为2.0w/cm²，氩流量为50sccm，背底真空度为3.0×10^-3pa，溅射真空度为0.7pa，沉积时间为80min；

其中：制备铟锡氧化物薄膜电极时，直流脉冲磁控溅射电源工作频率为100khz，占空比为10％，铟锡氧化物靶表面溅射功率密度为3.3w/cm²，氩流量为20sccm，背底真空度为3.0×10^-3pa，溅射真空度为0.7pa，沉积时间为8.10min；

所制备的透明薄膜热电偶的塞贝克系数为32.78±0.45μv/k。

实施例2

一种具有(400)晶面择优的铟锡氧化物在透明薄膜热电偶上的应用，利用直流脉冲磁控溅射的方法在自然室温下以石英片为基底材料，将如图1所示的掩膜板置于基底材料上，以锌铝氧化物为溅射靶材，锌铝氧化物的纯度为99.99％，其中：氧化锌的质量百分比为98wt.％，三氧化二铝的质量百分比为2wt.％，以氩为溅射气体，氩的纯度为99.99％，进行磁控溅射制备透明薄膜热电偶中锌铝氧化物薄膜电极，锌铝氧化物薄膜极的厚度为1500nm；然后，利用射频磁控溅射的方法在自然室温下以上述沉积有锌铝氧化物的石英片为基底材料，将如图2所示的掩膜板置于基底材料上，以铟锡氧化物为溅射靶材，铟锡氧化物的纯度为99.99％，其中：三氧化二铟的质量百分比为90wt.％，二氧化锡的质量百分比为10wt.％，以氩为溅射气体，氩的纯度为99.99％，进行直流脉冲磁控溅射制备透明薄膜热电偶中铟锡氧化物薄膜电极，铟锡氧化物薄膜极的厚度为500nm，形成结构如图3所示的透明薄膜热电偶，其中铟锡氧化物薄膜材料呈(400)晶面择优的体心立方铁锰矿相多晶结构，如图4所示；

其中：制备锌铝氧化物薄膜电极时，直流脉冲磁控溅射电源工作频率为100khz，锌铝氧化物靶表面溅射功率密度为2.0w/cm²，氩流量为50sccm，背底真空度为3.0×10^-3pa，溅射真空度为0.7pa，沉积时间为80min；

其中：制备铟锡氧化物薄膜电极时，直流脉冲磁控溅射电源工作频率为100khz，占空比为20％，铟锡氧化物靶表面溅射功率密度为3.3w/cm²，氩流量为20sccm，背底真空度为3.0×10^-3pa，溅射真空度为0.7pa，沉积时间为5.45min；

所制备的透明薄膜热电偶的塞贝克系数为35.88±0.23μv/k。

实施例3

一种具有(400)晶面择优的铟锡氧化物在透明薄膜热电偶上的应用，利用直流脉冲磁控溅射的方法在自然室温下以石英片为基底材料，将如图1所示的掩膜板置于基底材料上，以锌铝氧化物为溅射靶材，锌铝氧化物的纯度为99.99％，其中：氧化锌的质量百分比为98wt.％，三氧化二铝的质量百分比为2wt.％，以氩为溅射气体，氩的纯度为99.99％，进行磁控溅射制备透明薄膜热电偶中锌铝氧化物薄膜电极，锌铝氧化物薄膜极的厚度为600nm；然后，利用直流脉冲磁控溅射的方法在自然室温下以上述沉积有锌铝氧化物的石英片为基底材料，将如图2所示的掩膜板置于基底材料上，以铟锡氧化物为溅射靶材，铟锡氧化物的纯度为99.99％，其中：三氧化二铟的质量百分比为90wt.％，二氧化锡的质量百分比为10wt.％，以氩为溅射气体，氩的纯度为99.99％，进行直流脉冲磁控溅射制备透明薄膜热电偶中铟锡氧化物薄膜电极，铟锡氧化物薄膜极的厚度为400nm，形成结构如图3所示的透明薄膜热电偶，其中铟锡氧化物薄膜材料呈(400)晶面择优的体心立方铁锰矿相多晶结构，如图4所示；

其中：制备锌铝氧化物薄膜电极时，直流脉冲磁控溅射电源工作频率为100khz，锌铝氧化物靶表面溅射功率密度为2.0w/cm²，氩流量为50sccm，背底真空度为3.0×10^-3pa，溅射真空度为0.7pa，沉积时间为80min；

其中：制备铟锡氧化物薄膜电极时，直流脉冲磁控溅射电源工作频率为100khz，占空比为30％，铟锡氧化物靶表面溅射功率密度为3.3w/cm²，氩流量为20sccm，背底真空度为3.0×10^-3pa，溅射真空度为0.7pa，沉积时间为4.12min；

所制备的透明薄膜热电偶的塞贝克系数为38.92±0.35μv/k。

实施例4

一种具有(400)晶面择优的铟锡氧化物在透明薄膜热电偶上的应用，利用直流脉冲磁控溅射的方法在自然室温下以石英片为基底材料，将如图1所示的掩膜板置于基底材料上，以锌铝氧化物为溅射靶材，锌铝氧化物的纯度为99.99％，其中：氧化锌的质量百分比为98wt.％，三氧化二铝的质量百分比为2wt.％，以氩为溅射气体，氩的纯度为99.99％，进行磁控溅射制备透明薄膜热电偶中锌铝氧化物薄膜电极，锌铝氧化物薄膜极的厚度为1500nm；然后，利用直流脉冲磁控溅射的方法在自然室温下以上述沉积有锌铝氧化物的石英片为基底材料，将如图2所示的掩膜板置于基底材料上，以铟锡氧化物为溅射靶材，铟锡氧化物的纯度为99.99％，其中：三氧化二铟的质量百分比为90wt.％，二氧化锡的质量百分比为10wt.％，以氩为溅射气体，氩的纯度为99.99％，进行直流脉冲磁控溅射制备透明薄膜热电偶中铟锡氧化物薄膜电极，铟锡氧化物薄膜极的厚度为1000nm，形成结构如图3所示的透明薄膜热电偶，其中铟锡氧化物薄膜材料呈(400)晶面择优的体心立方铁锰矿相多晶结构，如图4所示；

其中：制备锌铝氧化物薄膜电极时，直流脉冲磁控溅射电源工作频率为100khz，锌铝氧化物靶表面溅射功率密度为2.0w/cm²，氩流量为50sccm，背底真空度为3.0×10^-3pa，溅射真空度为0.7pa，沉积时间为80min；

其中：制备铟锡氧化物薄膜电极时，直流脉冲磁控溅射电源工作频率为100khz，占空比为40％，铟锡氧化物靶表面溅射功率密度为3.3w/cm²，氩流量为20sccm，背底真空度为3.0×10^-3pa，溅射真空度为0.7pa，沉积时间为9.11min；

所制备的透明薄膜热电偶的塞贝克系数为40.38±0.48μv/k。

对比例1

利用直流脉冲磁控溅射的方法在自然室温下以石英片为基底材料，将如图1所示的掩膜板置于基底材料上，以锌铝氧化物为溅射靶材，锌铝氧化物的纯度为99.99％，其中：氧化锌的质量百分比为98wt.％，三氧化二铝的质量百分比为2wt.％，以氩为溅射气体，氩的纯度为99.99％，进行磁控溅射制备透明薄膜热电偶中锌铝氧化物薄膜电极，锌铝氧化物薄膜极的厚度为1500nm；然后，利用直流脉冲磁控溅射的方法在自然室温下以上述沉积有锌铝氧化物的石英片为基底材料，将如图2所示的掩膜板置于基底材料上，以铟锡氧化物为溅射靶材，铟锡氧化物的纯度为99.99％，其中：三氧化二铟的质量百分比为90wt.％，二氧化锡的质量百分比为10wt.％，以氩为溅射气体，氩的纯度为99.99％，进行直流磁控溅射制备透明薄膜热电偶中铟锡氧化物薄膜电极，铟锡氧化物薄膜极的厚度为600nm，形成结构如图3所示的透明薄膜热电偶，其中铟锡氧化物薄膜材料呈无择优的体心立方铁锰矿相多晶结构，如图4所示；

其中：制备锌铝氧化物薄膜电极时，直流脉冲磁控溅射电源工作频率为100khz，锌铝氧化物靶表面溅射功率密度为2.0w/cm²，氩流量为50sccm，背底真空度为3.0×10^-3pa，溅射真空度为0.7pa，沉积时间为80min；

其中：制备铟锡氧化物薄膜电极时，铟锡氧化物靶表面直流磁控溅射功率密度为3.3w/cm²，氩流量为20sccm，背底真空度为3.0×10^-3pa，溅射真空度为0.7pa，沉积时间为10.11min；

所制备的透明薄膜热电偶的塞贝克系数为4.36±0.28μv/k。

对比例2

利用直流脉冲磁控溅射的方法在自然室温下以石英片为基底材料，将如图1所示的掩膜板置于基底材料上，以锌铝氧化物为溅射靶材，锌铝氧化物的纯度为99.99％，其中：氧化锌的质量百分比为98wt.％，三氧化二铝的质量百分比为2wt.％，以氩为溅射气体，氩的纯度为99.99％，进行磁控溅射制备透明薄膜热电偶中锌铝氧化物薄膜电极，锌铝氧化物薄膜极的厚度为1500nm；然后，利用射频磁控溅射的方法在自然室温下以上述沉积有锌铝氧化物的石英片为基底材料，将如图2所示的掩膜板置于基底材料上，以铟锡氧化物为溅射靶材，铟锡氧化物的纯度为99.99％，其中：三氧化二铟的质量百分比为90wt.％，二氧化锡的质量百分比为10wt.％，以氩为溅射气体，氩的纯度为99.99％，进行直流脉冲磁控溅射制备透明薄膜热电偶中铟锡氧化物薄膜电极，铟锡氧化物薄膜极的厚度为1000nm，形成结构如图3所示的透明薄膜热电偶，其中铟锡氧化物薄膜材料呈无择优的体心立方铁锰矿相多晶结构，如图4所示；

其中：制备锌铝氧化物薄膜电极时，直流脉冲磁控溅射电源工作频率为100khz，锌铝氧化物靶表面溅射功率密度为2.0w/cm²，氩流量为50sccm，背底真空度为3.0×10^-3pa，溅射真空度为0.7pa，沉积时间为80min；

其中：制备铟锡氧化物薄膜电极时，射频溅射电源工作频率为13.56mhz，铟锡氧化物靶表面溅射功率密度为3.3w/cm²，氩流量为20sccm，背底真空度为3.0×10^-3pa，溅射真空度为0.7pa，沉积时间为21.33min；

所制备的透明薄膜热电偶的塞贝克系数为3.71±0.19μv/k。