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,堅固耐用,無(wú)自發(fā)熱現象,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,多弧離子鍍三種PVD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),數顯溫度儀,恒溫爐進(jìn)行了表征和靜態(tài)標定。結果表明這兩部分樣片均存在合金成分偏析的現象,平均Seebeck系數與國家標準也有較大差異。

   分析后我們認為:

(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,偏析現象越嚴重。同時(shí)還和實(shí)驗順序有關(guān),隨著(zhù)實(shí)驗進(jìn)行偏析現象有所減弱,這是由于靶面和靶深層原子濃度不同引起原子擴散導致的。

(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(zhù)實(shí)驗的進(jìn)行偏析現象會(huì )越來(lái)越嚴重,因為密度較小的Si始終在物料上方,在蒸鍍過(guò)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,結果有嚴重的“跑弧”現象,實(shí)驗無(wú)法正常進(jìn)行。我們結合靶周?chē)艌?chǎng)的仿真結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。結果表明Ni的高臨界場(chǎng)強和受干擾的磁場(chǎng)都會(huì )使電弧向靶外移動(dòng),導致“跑弧”。后針對“跑弧”提出了一些解決方案。