基于MEMS工艺的陶瓷薄膜热电偶研制
发布时间：2021-02-17 22:32
本文在综述国内外陶瓷薄膜热电偶发展现状的基础上,选用ITO薄膜为陶瓷薄膜热电偶材料,并与Pt薄膜组成陶瓷-金属薄膜热电偶,为下一代高温陶瓷发动机的研制提供测温技术尝试。研究离子束溅射工艺以及退火条件对ITO薄膜的微观结构、电学性能以及稳定性的影响。通过正交实验研究离子能量、离子束流以及氩气压强对ITO薄膜沉积的影响,确定ITO薄膜性能最优的沉积条件:离子能量900eV、离子束流80mA、氩气压强2.0×10-2Pa。在空气和氮气中分别对ITO薄膜在不同的温度（400℃、600℃、800℃、1000℃）下进行退火处理,分析其微观结构、电学性能、光学性能。研究发现氮气热处理比空气热处理更好地改善ITO薄膜的结晶性能,提高载流子迁移率,使薄膜的导电性增强,在空气中热处理的薄膜由于氧空位的急剧减少使得导电性急剧减小。同时研究In2O3薄膜溅射工艺极其导电性能,发现空气中高温退火的In2O3薄膜电阻率能达到113.382Ω.cm,导电性较差。在优化ITO薄膜溅射工艺和热处理工艺的基础上,...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
涡轮发动机组成结构图
而且测温范围宽，灵敏度高；缺点是在测试装置比较复杂，并且测量精度不高。热测量温度，此方法优点是测量结果比较准确部件表面温度时测不准的弊端；不足之处是此测量准确性会降低。动机涡轮叶片在极端条件旋转力能够达到 5 万，这给实时监测引擎内温度梯度造成了很大法由于各自的局限性，限制了在叶片测温方环境的测温装置显的非常必要。薄膜热电偶飞机叶片上，与叶片上的热障涂层有良好的定[4]。与传统的丝状热电偶相比，具有更高影响叶片表面的流场。并且通过 MEMS 工艺制级甚至纳米量级，有利于测量微小面积表面量化生产[5]。因此，薄膜热电偶测温已经逐测温方法的首要选择。
图 1-3 （a）薄膜热电偶实物图 （b）热电性能图Fig.1-3 (a) Picture of thin film thermocouple (b) Thermocouple properity curve2011 年，Gregory 深入研究了 In2O3薄膜和 ITO 薄膜组成的薄膜热电偶，分别对 In2O3-In2O3:SnO2(90:10wt%) 、 In2O3-In2O3:SnO2(95:5wt%) 、 ITO 、Pt-In2O3:SnO2(90:10wt%)、Pt-In2O3:SnO2(95:5wt%)和 Pt-In2O3这 5 个热电偶进行性能测试[15]。图 1-4（a）可以看到，Pt/In2O3薄膜热电偶的热电输出要明显高于 Pt和两个不同 Sn 含量的 ITO 薄膜组成的薄膜热电偶，在最高温度 1273°C 的热电输出能达到 238mV，但是存在明显的滞后效应；两个 Pt/ITO 热电偶在最高温度的电势输出在 50mV 左右，但是可重复性很好，没有滞后效应产生。图 1-4（b）显示In2O3/In2O3:SnO2(90:10wt%) 薄 膜 热 电 偶 的 赛 贝 克 系 数 略 微 高 于In2O3/In2O3:SnO2(95:5wt%)热电偶。综合来看，这些薄膜热电偶显示出优良的稳定性和耐久性，在高温下能工作超过 50 个小时；并且 5 种陶瓷薄膜热电偶的电压温度曲线均不是线性的，而是呈现一种“S”型。
【参考文献】：
期刊论文
[1]陶瓷薄膜热电偶研究进展[J]. 张瑶,丁桂甫,王强,张丛春,程萍. 传感器与微系统. 2017(09)
[2]航空发动机内壁高温测试技术[J]. 邓进军,李凯,王云龙,金新航,马炳和. 微纳电子技术. 2015(03)
[3]Influence of Annealing Temperature on the Microstructure and Electrical Properties of Indium Tin Oxide Thin Films[J]. Yinzhi Chen,Hongchuan Jiang,Shuwen Jiang,Xingzhao Liu,Wanli Zhang,Qinyong Zhang. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2014(02)
[4]Cu/CuNi薄膜热电偶动态特性理论与实验研究[J]. 杨丽红,赵源深,陈皓帆,孙金祥. 中国机械工程. 2013(10)
[5]金属基Pt/ITO薄膜热电偶的制备[J]. 赵文雅,蒋洪川,陈寅之,张万里,刘兴钊,彭少龙,唐磊. 测控技术. 2013(04)
[6]浅析示温涂料的变色示温机理及发展趋势[J]. 康永. 上海涂料. 2012(04)
[7]薄膜热电偶温度传感器研究进展[J]. 赵源深,杨丽红. 传感器与微系统. 2012(02)
[8]功能-结构一体化NiCr/NiSi薄膜热电偶的制备[J]. 王从瑞,蒋洪川,陈寅之,张万里,刘兴钊,唐磊,于浩. 测控技术. 2011(10)
[9]磁控溅射技术及其发展[J]. 李芬,朱颖,李刘合,卢求元,朱剑豪. 真空电子技术. 2011(03)
[10]金属基NiCr-NiSi薄膜热电偶的制备及性能研究[J]. 姚飞,蒋洪川,张万里,刘兴钊,唐磊,于浩. 电子元件与材料. 2010(09)
硕士论文
[1]In2O3/ITO集成薄膜热电偶的制备及性能研究[D]. 刘海军.电子科技大学 2015
本文编号：3038645
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
涡轮发动机组成结构图
而且测温范围宽，灵敏度高；缺点是在测试装置比较复杂，并且测量精度不高。热测量温度，此方法优点是测量结果比较准确部件表面温度时测不准的弊端；不足之处是此测量准确性会降低。动机涡轮叶片在极端条件旋转力能够达到 5 万，这给实时监测引擎内温度梯度造成了很大法由于各自的局限性，限制了在叶片测温方环境的测温装置显的非常必要。薄膜热电偶飞机叶片上，与叶片上的热障涂层有良好的定[4]。与传统的丝状热电偶相比，具有更高影响叶片表面的流场。并且通过 MEMS 工艺制级甚至纳米量级，有利于测量微小面积表面量化生产[5]。因此，薄膜热电偶测温已经逐测温方法的首要选择。
图 1-3 （a）薄膜热电偶实物图 （b）热电性能图Fig.1-3 (a) Picture of thin film thermocouple (b) Thermocouple properity curve2011 年，Gregory 深入研究了 In2O3薄膜和 ITO 薄膜组成的薄膜热电偶，分别对 In2O3-In2O3:SnO2(90:10wt%) 、 In2O3-In2O3:SnO2(95:5wt%) 、 ITO 、Pt-In2O3:SnO2(90:10wt%)、Pt-In2O3:SnO2(95:5wt%)和 Pt-In2O3这 5 个热电偶进行性能测试[15]。图 1-4（a）可以看到，Pt/In2O3薄膜热电偶的热电输出要明显高于 Pt和两个不同 Sn 含量的 ITO 薄膜组成的薄膜热电偶，在最高温度 1273°C 的热电输出能达到 238mV，但是存在明显的滞后效应；两个 Pt/ITO 热电偶在最高温度的电势输出在 50mV 左右，但是可重复性很好，没有滞后效应产生。图 1-4（b）显示In2O3/In2O3:SnO2(90:10wt%) 薄 膜 热 电 偶 的 赛 贝 克 系 数 略 微 高 于In2O3/In2O3:SnO2(95:5wt%)热电偶。综合来看，这些薄膜热电偶显示出优良的稳定性和耐久性，在高温下能工作超过 50 个小时；并且 5 种陶瓷薄膜热电偶的电压温度曲线均不是线性的，而是呈现一种“S”型。
【参考文献】：
期刊论文
[1]陶瓷薄膜热电偶研究进展[J]. 张瑶,丁桂甫,王强,张丛春,程萍. 传感器与微系统. 2017(09)
[2]航空发动机内壁高温测试技术[J]. 邓进军,李凯,王云龙,金新航,马炳和. 微纳电子技术. 2015(03)
[3]Influence of Annealing Temperature on the Microstructure and Electrical Properties of Indium Tin Oxide Thin Films[J]. Yinzhi Chen,Hongchuan Jiang,Shuwen Jiang,Xingzhao Liu,Wanli Zhang,Qinyong Zhang. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2014(02)
[4]Cu/CuNi薄膜热电偶动态特性理论与实验研究[J]. 杨丽红,赵源深,陈皓帆,孙金祥. 中国机械工程. 2013(10)
[5]金属基Pt/ITO薄膜热电偶的制备[J]. 赵文雅,蒋洪川,陈寅之,张万里,刘兴钊,彭少龙,唐磊. 测控技术. 2013(04)
[6]浅析示温涂料的变色示温机理及发展趋势[J]. 康永. 上海涂料. 2012(04)
[7]薄膜热电偶温度传感器研究进展[J]. 赵源深,杨丽红. 传感器与微系统. 2012(02)
[8]功能-结构一体化NiCr/NiSi薄膜热电偶的制备[J]. 王从瑞,蒋洪川,陈寅之,张万里,刘兴钊,唐磊,于浩. 测控技术. 2011(10)
[9]磁控溅射技术及其发展[J]. 李芬,朱颖,李刘合,卢求元,朱剑豪. 真空电子技术. 2011(03)
[10]金属基NiCr-NiSi薄膜热电偶的制备及性能研究[J]. 姚飞,蒋洪川,张万里,刘兴钊,唐磊,于浩. 电子元件与材料. 2010(09)
硕士论文
[1]In2O3/ITO集成薄膜热电偶的制备及性能研究[D]. 刘海军.电子科技大学 2015
本文编号：3038645
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