PVD制備K型薄膜熱電偶的研究

      熱電偶元件是在工業、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,無自發熱現象,使用方便等優點。薄膜熱電偶除了繼承上述普通熱電偶的優點外,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點。本研究為制備K型薄膜熱電偶選擇了電子束蒸發鍍,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,恒溫爐進行了表征和靜態標定。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,不同元素的濺射產額和濺射能量閾值差別越大,偏析現象越嚴重。同時還和實驗順序有關,隨著實驗進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。同時隨著實驗的進行偏析現象會越來越嚴重,因為密度較小的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,結果有嚴重的“跑弧”現象,實驗無法正常進行。我們結合靶周圍磁場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行了分析。結果表明Ni的高臨界場強和受干擾的磁場都會使電弧向靶外移動,導致“跑弧”。后針對“跑弧”提出了一些解決方案。