阵列式薄膜温差传感器及其制备方法

1.本发明涉及微机电制造及传感器技术领域，特别是涉及一种阵列式薄膜温差传感器及其制备方法。


背景技术：

2.因安全性问题，酸碱管道等对温度的均匀性要求很高。因此，需要对酸碱管道的温度温差进行测量。传统的可测量酸碱管道区域温差的温度传感器，在实际测试中，测试结果不准确，测试精度难以达到要求，可靠性差。


技术实现要素：

3.基于此，针对传统的可测量酸碱管道区域温差的温度传感器，在实际测试中，测试结果不准确，测试精度难以达到要求，可靠性差的问题，本发明一实施例提供一种阵列式薄膜温差传感器。本发明一实施例的阵列式薄膜温差传感器能够判断酸碱管道温度的均匀性是否满足需求，测试可靠性高。
4.一种阵列式薄膜温差传感器，包括基片、正极敏感层以及负极敏感层，所述正极敏感层与所述负极敏感层位于所述基片上；所述正极敏感层包括第一正极、第二正极、第三正极以及第四正极，所述负极敏感层包括第一负极、第二负极以及第三负极，所述第一正极的一端与所述第一负极的一端通过第一热结点连接，所述第二正极的一端与所述第二负极的一端通过第二热结点连接，所述第一负极的另一端、所述第三负极的一端均与所述第三正极的一端通过第三热结点连接，所述第二负极的另一端、所述第三负极的另一端均与所述第四正极的一端通过第四热结点连接，所述第一正极的另一端与所述第三正极的另一端相对设置且分别形成第一测试端与第三测试端，所述第二正极的另一端与所述第四正极的另一端相对设置且分别形成第二测试端与第四测试端。
5.在其中一些实施例中，所述正极敏感层的制备材料选自w-5re热偶材料、pt-10rh热偶材料、pt-13rh热偶材料以及ni-10cr热偶材料中的一种或几种。
6.在其中一些实施例中，所述负极敏感层的制备材料选自w-26re热偶材料、pt热偶材料以及ni-3si热偶材料中的一种或几种。
7.在其中一些实施例中，所述基片的厚度为300μm-500μm。
8.在其中一些实施例中，所述基片为硅基底、碳化硅基底或者蓝宝石基底。
9.在其中一些实施例中，所述第一热结点、所述第二热结点之间的间距与第三热结点、所述第四热结点之间的间距相等。
10.在其中一些实施例中，所述第一热结点、所述第三热结点之间的间距与第二热结点、所述第四热结点之间的间距相等。
11.在其中一些实施例中，所述阵列式薄膜温差传感器还包括第一导引线、第二导引线、第三导引线以及第四导引线，所述第一导引线的一端连接于所述第一测试端，所述第二导引线的一端连接于所述第二测试端，所述第三导引线的一端连接于所述第三测试端，所
述第四导引线的一端连接于所述第四测试端。
12.本发明的另一目的还在于提供一种阵列式薄膜温差传感器的制备方法。
13.一种阵列式薄膜温差传感器的制备方法，包括如下步骤：
14.获取基片；
15.采用光刻工艺在所述基片上形成正极图案；
16.采用直流磁控溅射技术在所述正极图案上沉积获得正极敏感层；
17.采用光刻工艺在所述基片上形成负极图案；
18.采用直流磁控溅射技术在所述负极图案上沉积获得负极敏感层。
19.在其中一些实施例中，阵列式薄膜温差传感器的制备方法还包括如下步骤：获取基片后，将所述基片依次经过酒精、丙酮、酒精超声清洗处理以及烘干处理。
20.在其中一些实施例中，采用直流磁控溅射技术在所述正极图案上沉积获得正极敏感层时，磁控溅射的真空达到2.8
×
10-7
～3.0
×
10-7
torr，控制氩气流速为45～60sccm，溅射功率为230～280w。
21.在其中一些实施例中，采用直流磁控溅射技术在所述负极图案上沉积获得负极敏感层时，磁控溅射的真空达到2.8
×
10-7
～3.0
×
10-7
torr，控制氩气流速为45～60sccm，溅射功率为180～220w。
22.上述阵列式薄膜温差传感器能够判断酸碱管道温度的均匀性是否满足需求，测试可靠性高。上述阵列式薄膜温差传感器利用热电效应可进行多个热结点之间的温差测量，选用在测温领域已发展成熟的热电偶金属材料，无需进行复杂的热电势-温度校准标定过程，测试时间短，极大缩短了其产业化发展时间。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.为了更完整地理解本技术及其有益效果，下面将结合附图来进行说明。其中，在下面的描述中相同的附图标号表示相同部分。
25.图1为本发明一实施例所述的阵列式薄膜温差传感器示意图；
26.图2是本发明实施例1所述的阵列式薄膜温差传感器的comsol温度模型模拟测量过程温度分布图；
27.图3是本发明实施例1所述的阵列式薄膜温差传感器的comsol温度模型模拟测量过程电势分布图；
28.图4是本发明实施例1所述的阵列式薄膜温差传感器的comsol温度模型模拟测量过程各个热结点温差-电势曲线图，其中，横坐标为温度，纵坐标为电压。
29.附图标记说明
30.10、阵列式薄膜温差传感器；110、第一正极；111、第一测试端；120、第二正极；121、第二测试端；130、第三正极；131、第三测试端；140、第四正极；141、第四测试端；210、第一负极；220、第二负极；230、第三负极；310、第一热结点；320、第二热结点；330、第三热结点；340、第四热结点。
具体实施方式
31.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
32.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
33.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
34.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
36.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
37.在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
38.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
39.本技术实施例提供一种阵列式薄膜温差传感器10，以解决传统的可测量酸碱管道区域温差的温度传感器，在实际测试中，测试结果不准确，测试精度难以达到要求，可靠性
差的问题。以下将结合附图对进行说明。
40.本技术实施例提供的阵列式薄膜温差传感器10，示例性的，请参阅图1所示，图1为本技术实施例提供的阵列式薄膜温差传感器10的结构示意图。本技术的阵列式薄膜温差传感器10能够用于测量酸碱管道区域温差。
41.为了更清楚的说明阵列式薄膜温差传感器10的结构，以下将结合附图对阵列式薄膜温差传感器10进行介绍。
42.示例性的，请参阅图1所示，图1为本技术实施例提供的阵列式薄膜温差传感器10的结构示意图。一种阵列式薄膜温差传感器10，包括基片、正极敏感层以及负极敏感层。图1中未示出基片。
43.正极敏感层与负极敏感层位于基片上。正极敏感层包括第一正极110、第二正极120、第三正极130以及第四正极140。负极敏感层包括第一负极210、第二负极220以及第三负极230。
44.请参阅图1所示，第一正极110的一端与第一负极210的一端通过第一热结点310连接。第二正极120的一端与第二负极220的一端通过第二热结点320连接。第一负极210的另一端、第三负极230的一端均与第三正极130的一端通过第三热结点330连接。第二负极220的另一端、第三负极230的另一端均与第四正极140的一端通过第四热结点340连接。第一正极110的另一端与第三正极130的另一端相对设置且分别形成第一测试端111与第三测试端131。第二正极120的另一端与第四正极140的另一端相对设置且分别形成第二测试端121与第四测试端141。
45.在其中一些实施例中，正极敏感层的制备材料选自w-5re热偶材料、pt-10rh热偶材料、pt-13rh热偶材料以及ni-10cr热偶材料中的一种或几种。例如，在其中一个具体示例中，正极敏感层的制备材料选自w-5re热偶材料；在另一个具体示例中，正极敏感层的制备材料选自pt-10rh热偶材料；在另一个具体示例中，正极敏感层的制备材料选自pt-13rh热偶材料；在另一个具体示例中，正极敏感层的制备材料选自ni-10cr热偶材料。
46.在其中一些实施例中，负极敏感层的制备材料选自w-26re热偶材料、pt热偶材料以及ni-3si热偶材料中的一种或几种。例如，在其中一个具体示例中，负极敏感层的制备材料选自w-26re热偶材料；在另一个具体示例中，负极敏感层的制备材料选自pt热偶材料；在另一个具体示例中，负极敏感层的制备材料选自ni-3si热偶材料。
47.在其中一些实施例中，基片的厚度为300μm-500μm。例如，在一个具体示例中，基片的厚度为400μm。不难理解，在其他实施例中，基片的厚度还可以为300μm、320μm、330μm、350μm、380μm、410μm、430μm、450μm、480μm、490μm或者其他数值。
48.在其中一些实施例中，基片为硅基底、碳化硅基底或者蓝宝石基底。
49.在其中一些实施例中，请参阅图1所示，第一热结点310、第二热结点320之间的间距与第三热结点330、第四热结点340之间的间距相等。
50.在其中一些实施例中，第一热结点310、第三热结点330之间的间距与第二热结点320、第四热结点340之间的间距相等。
51.在其中一些实施例中，参见图1所所示，第一测试端111与第三测试端131之间的间距小于第一热结点310、第二热结点320之间的间距，第一测试端111与第三测试端131之间的间距小于第三热结点330、第四热结点340之间的间距相等。
52.在其中一些实施例中，参见图1所所示，第二测试端121与第四测试端141之间的间距小于第一热结点310、第二热结点320之间的间距，第二测试端121与第四测试端141之间的间距小于第三热结点330、第四热结点340之间的间距相等。
53.在其中一些实施例中，参见图1所所示，第一测试端111与第三测试端131之间的间距等于第二测试端121与第四测试端141之间的间距。
54.在其中一些实施例中，参见图1所所示，第一测试端111与第二测试端121之间的间距等于第三测试端131与第四测试端141之间的间距。第一测试端111与第二测试端121之间的间距小于第一测试端111与第三测试端131之间的间距。第一测试端111与第三测试端131相距较近，第二测试端121与第四测试端141相距较近，使得相应测试端之间的温度相同，连接对应的导导线(如铜线)进行电势测试，满足判断酸碱管道温度均匀性的需求。
55.其中，需要说明的是，第一测试端111和第二测试端121之间测试的是第一热结点310、第三热结点330之间的温差；第三测试端131和第四测试端141之间测试的是第二热结点320、第四热结点340之间的温差；第二测试端121和第四测试端141之间测试的是第三热结点330、第四热结点340之间的温差。
56.在其中一些实施例中，阵列式薄膜温差传感器10还包括第一导引线、第二导引线、第三导引线以及第四导引线。第一导引线的一端连接于第一测试端111。第二导引线的一端连接于第二测试端121。第三导引线的一端连接于第三测试端131。第四导引线的一端连接于第四测试端141。第一导引线的另一端、第二导引线的另一端、第三导引线的另一端以及第四导引线的另一端接入电压表，热结点和热结点的温差与敏感电势值一一对应，可达到测试温差的目的。
57.在其中一些实施例中，第一导引线、第二导引线、第三导引线以及第四导引线可以分别为铜线。
58.本发明的另一目的还在于提供一种阵列式薄膜温差传感器10的制备方法。
59.一种阵列式薄膜温差传感器10的制备方法，包括如下步骤：
60.步骤1、获取基片。
61.步骤2、采用光刻工艺在基片上形成正极图案。
62.步骤3、采用直流磁控溅射技术在正极图案上沉积薄膜，使用丙酮剥离液去除正极图案以外的光刻胶和薄膜，获得正极敏感层。正极敏感层包括第一正极110、第二正极120、第三正极130以及第四正极140。
63.步骤4、采用光刻工艺在基片上形成负极图案。
64.步骤5、采用直流磁控溅射技术在负极图案上沉积薄膜，使用丙酮剥离液去除负极图案以外的光刻胶和薄膜，获得负极敏感层。负极敏感层包括第一负极210、第二负极220以及第三负极230。
65.其中，第一正极110的一端与第一负极210的一端搭接形成第一热结点310连接。第二正极120的一端与第二负极220的一端搭接形成第二热结点320连接。第一负极210的另一端、第三负极230的一端均与第三正极130的一端搭接形成第三热结点330连接。第二负极220的另一端、第三负极230的另一端均与第四正极140的一端搭接形成第四热结点340连接。第一正极110的另一端与第三正极130的另一端相对设置且分别形成第一测试端111与第三测试端131。第二正极120的另一端与第四正极140的另一端相对设置且分别形成第二
测试端121与第四测试端141。
66.在其中一些实施例中，阵列式薄膜温差传感器10的制备方法还包括如下步骤：获取基片后，将基片依次经过酒精、丙酮、酒精超声清洗处理18min-22min以及烘干处理。
67.在其中一些实施例中，采用直流磁控溅射技术在正极图案上沉积获得正极敏感层时，磁控溅射的真空达到2.8
×
10-7
～3.0
×
10-7
torr，控制氩气流速为45～60sccm，溅射功率为230～280w。
68.在其中一些实施例中，采用直流磁控溅射技术在负极图案上沉积获得负极敏感层时，磁控溅射的真空达到2.8
×
10-7
～3.0
×
10-7
torr，控制氩气流速为45～60sccm，溅射功率为180～220w。
69.在其中一些实施例中，阵列式薄膜温差传感器10的制备方法还包括如下步骤：在第一测试端111连接第一导引线。在第二测试端121连接第二导引线。在第三测试端131连接第三导引线。在第四测试端141连接第四导引线。
70.上述阵列式薄膜温差传感器10能够判断酸碱管道温度的均匀性是否满足需求，测试可靠性高。上述阵列式薄膜温差传感器10利用热电效应可进行多个热结点之间的温差测量，选用在测温领域已发展成熟的热电偶金属材料，无需进行复杂的热电势-温度校准标定过程，测试时间短，极大缩短了其产业化发展时间。
71.实施例1
72.本实施例提供了一种阵列式薄膜温差传感器10的制备方法。
73.选自w-5re热偶材料作为正极敏感层的材料，选择w-26re热偶材料作为负极敏感层的材料。
74.一种阵列式薄膜温差传感器10的制备方法包括如下步骤：
75.步骤1、获取基片，基片为6英寸400μm
±
40μm的sic基底。获取基片后，将基片依次经过酒精、丙酮、酒精超声清洗处理18min-22min，并烘干处理。
76.步骤2、采用光刻工艺在基片上形成正极图案。具体地，在基片上旋涂az5214型号光刻胶，形成一层厚度为2.8μm的第一光刻胶膜层后软烘，利用第一次光刻所用光刻版对第一光刻胶膜层曝光，再将基片与第一光刻胶膜层整体放入显影液溶解由曝光造成的光刻胶可溶解区域，得到400nm厚度的正极图案。
77.步骤3、选用纯度为99.99％的w-5re靶安装到磁控溅射的靶枪，采用直流磁控溅射技术在正极图案上沉积薄膜，磁控溅射的真空达到2.8
×
10-7
torr，控制氩气流速为45sccm，溅射功率为250w。使用丙酮剥离液去除正极图案以外的光刻胶和薄膜，获得正极敏感层。得到的正极敏感层包括第一正极110、第二正极120、第三正极130以及第四正极140。
78.步骤4、采用光刻工艺在基片上形成负极图案。具地，在基片上旋涂az5214型号光刻胶，形成一层厚度为2.8μm的第二光刻胶膜层后软烘，利用第二次光刻所用光刻版对第二光刻胶膜层曝光，再将基片与第二光刻胶膜层整体放入显影液溶解由曝光造成的光刻胶可溶解区域，得到负极图案。
79.步骤5、选用纯度均为99.99％的w-26re靶安装到磁控溅射的靶枪上，采用直流磁控溅射技术在负极图案上沉积薄膜，磁控溅射的真空达到2.8
×
10-7
torr，控制氩气流速为45sccm，溅射功率为200w。使用丙酮剥离液去除负极图案以外的光刻胶和薄膜，获得400nm厚度的负极敏感层。得到的负极敏感层包括第一负极210、第二负极220以及第三负极230。
80.其中，第一正极110的一端与第一负极210的一端搭接形成第一热结点310连接。第二正极120的一端与第二负极220的一端搭接形成第二热结点320连接。第一负极210的另一端、第三负极230的一端均与第三正极130的一端搭接形成第三热结点330连接。第二负极220的另一端、第三负极230的另一端均与第四正极140的一端搭接形成第四热结点340连接。第一正极110的另一端与第三正极130的另一端相对设置且分别形成第一测试端111与第三测试端131。第二正极120的另一端与第四正极140的另一端相对设置且分别形成第二测试端121与第四测试端141。
81.步骤6、在第一测试端111连接第一导引线。在第二测试端121连接第二导引线。在第三测试端131连接第三导引线。在第四测试端141连接第四导引线。
82.本实施例阵列式薄膜温差传感器10的制备方法得到的阵列式薄膜温差传感器10的的comsol温度模型模拟测量过程温度分布图参见图2所示；阵列式薄膜温差传感器10的comsol温度模型模拟测量过程电势分布图参见图3所示，阵列式薄膜温差传感器10的comsol温度模型模拟测量过程各个热结点温差-电势曲线图参见图4所示，图4中横坐标为温度，纵坐标为电压。
83.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
84.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
85.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。