PVD制备K型薄膜热电偶的研究

      热电偶元件是在工业、科研中广泛使用的一种温度传感器,具有测温范围广,坚固耐用,无自发热现象,使用方便等优点。薄膜热电偶除了继承上述普通热电偶的优点外,还具有热容小,响应速度快,几乎不占用空间,对被测物体影响小的优点。本研究为制备K型薄膜热电偶选择了电子束蒸发镀,磁控溅射,多弧离子镀三种PVD方法。其中一部分样片的NiCr/NiSi薄膜均由磁控溅射均由磁控溅射沉积,另一部分样片的NiCr薄膜由磁控溅射沉积,而NiSi薄膜由电子束蒸发沉积。所制备得到的薄膜热电偶样片使用SEM(EDS),数显温度仪,恒温炉进行了表征和静态标定。结果表明这两部分样片均存在合金成分偏析的现象,平均Seebeck系数与国家标准也有较大差异。

   分析后我们认为:

(1)在郑州科探仪器磁控溅射中,溅射产额和溅射能量阈值是引起合金膜偏析的重要原因,不同元素的溅射产额和溅射能量阈值差别越大,偏析现象越严重。同时还和实验顺序有关,随着实验进行偏析现象有所减弱,这是由于靶面和靶深层原子浓度不同引起原子扩散导致的。

(2)在电子束蒸发中,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,物料在坩埚中分层引起的。同时随着实验的进行偏析现象会越来越严重,因为密度较小的Si始终在物料上方,在蒸镀过程中逐渐耗尽而只剩下Ni。此外,本文研究还使用电弧离子镀尝试沉积了 NiSi膜,结果有严重的“跑弧”现象,实验无法正常进行。我们结合靶周围磁场的仿真结果和真空阴极电弧的基本理论对这种异常的弧光放电进行了分析。结果表明Ni的高临界场强和受干扰的磁场都会使电弧向靶外移动,导致“跑弧”。后针对“跑弧”提出了一些解决方案。