PVD制備K型薄膜熱電偶的研究

      熱電偶元件是在工業(yè)、科研中廣泛使用的一種溫度傳感器,具有測溫范圍廣,堅(jiān)固耐用,無自發(fā)熱現(xiàn)象,使用方便等優(yōu)點(diǎn)。薄膜熱電偶除了繼承上述普通熱電偶的優(yōu)點(diǎn)外,還具有熱容小,響應(yīng)速度快,幾乎不占用空間,對被測物體影響小的優(yōu)點(diǎn)。本研究為制備K型薄膜熱電偶選擇了電子束蒸發(fā)鍍,磁控濺射,多弧離子鍍?nèi)NPVD方法。其中一部分樣片的NiCr/NiSi薄膜均由磁控濺射均由磁控濺射沉積,另一部分樣片的NiCr薄膜由磁控濺射沉積,而NiSi薄膜由電子束蒸發(fā)沉積。所制備得到的薄膜熱電偶樣片使用SEM(EDS),數(shù)顯溫度儀,恒溫爐進(jìn)行了表征和靜態(tài)標(biāo)定。結(jié)果表明這兩部分樣片均存在合金成分偏析的現(xiàn)象,平均Seebeck系數(shù)與國家標(biāo)準(zhǔn)也有較大差異。

   分析后我們認(rèn)為:

(1)在鄭州科探儀器磁控濺射中,濺射產(chǎn)額和濺射能量閾值是引起合金膜偏析的重要原因,不同元素的濺射產(chǎn)額和濺射能量閾值差別越大,偏析現(xiàn)象越嚴(yán)重。同時(shí)還和實(shí)驗(yàn)順序有關(guān),隨著實(shí)驗(yàn)進(jìn)行偏析現(xiàn)象有所減弱,這是由于靶面和靶深層原子濃度不同引起原子擴(kuò)散導(dǎo)致的。

(2)在電子束蒸發(fā)中,NiSi合金物料的偏析主要是由熔融的Ni、Si二者密度差距太大,物料在坩堝中分層引起的。同時(shí)隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行偏析現(xiàn)象會越來越嚴(yán)重,因?yàn)槊芏容^小的Si始終在物料上方,在蒸鍍過程中逐漸耗盡而只剩下Ni。此外,本文研究還使用電弧離子鍍嘗試沉積了 NiSi膜,結(jié)果有嚴(yán)重的“跑弧”現(xiàn)象,實(shí)驗(yàn)無法正常進(jìn)行。我們結(jié)合靶周圍磁場的仿真結(jié)果和真空陰極電弧的基本理論對這種異常的弧光放電進(jìn)行了分析。結(jié)果表明Ni的高臨界場強(qiáng)和受干擾的磁場都會使電弧向靶外移動(dòng),導(dǎo)致“跑弧”。后針對“跑弧”提出了一些解決方案。