[发明专利]薄膜热电偶及含有其的温度传感器件

说明书

本发明提供了薄膜热电偶及含有其的温度传感器件，该薄膜热电偶包括：基板，第一电极，所述第一电极设置在所述基板上，且含有二氧化锡；第二电极，所述第二电极设置在所述基板上，与所述第一电极具有至少一个接触点，且含有掺杂二氧化锡。该薄膜热电偶采用二氧化锡材料成本大大降低，且热稳定性好，制备工艺简单，耗时短，可靠性好，灵敏度高。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体的，涉及薄膜热电偶及含有其的温度传感器件。

背景技术

薄膜热电偶相对于传统体相热电偶材料，是一种微型化、兼容性好、热容小、灵敏度高、热响应速度快的新型温度传感器。然而，薄膜热电偶的制备难度较高，要在基体材料上沉积1-2μm厚的热电偶电极材料，并使其能够拥有与体相热电偶材料(电极直径>500μm)相当的热电特性，这对薄膜热电偶的制备工艺、薄膜成分控制以及膜系匹配都有相当严苛的要求。因此，目前薄膜热电偶由于薄膜热电偶材料的限制，其制备工艺往往较为繁琐，成本十分高昂，元件整体可靠性也较体相热电偶有较大差距。

目前，薄膜热电偶材料的设计主要有两种方案，一种是将传统热电偶材料薄膜化，如通过磁控溅射法制备的K型热电偶薄膜，传统热电偶往往是由两种合金材料组成，每种合金材料都有确定的元素比例且误差较小，但由于热电偶合金中的元素比例在热电偶薄膜化的过程中很难精确控制，因此通过该方法制备的薄膜热电偶可靠性难以得到保证。另一种薄膜热电偶是ITO基氧化物薄膜热电偶，如通过磁控溅射法制备的In₂O₃-ITO热电偶，该类热电偶可以获得较为稳定的热电性能。然而该方法中需要使用稀有元素In，而且其使用量往往是不同ITO导电涂层的数十倍，因此其材料成本较高，制备工艺时间较长。此外，以上两种薄膜热电偶都需要使用磁控溅射设备，制备一片薄膜热电偶往往需要在高真空中沉积数小时，成本十分高昂。

因而，目前的薄膜热电偶仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

本发明是基于发明人的以下发现而完成的：

针对现有薄膜热电偶制备工艺复杂、耗时长、成本高、可靠性得不到保证等问题，发明人致力于提出成本低廉、热稳定性好、易制备的薄膜热电偶。发明人经过大量探索和研究发现，半导体材料二氧化锡，具有无毒、成本低廉、热稳定性好、制备工艺广泛等诸多优点，对二氧化锡材料进行元素掺杂可以获得具有不同电学性能的材料，掺杂二氧化锡的电子浓度往往比本征二氧化锡高一个数量级以上。热电偶材料中具有温度响应的热电势便是由两种电极材料的电子浓度差引起的，因此，若将本征二氧化锡薄膜和掺杂二氧化锡薄膜作为热电偶的两极，便可制备出一种二氧化锡基薄膜热电偶材料。该二氧化锡基薄膜热电偶具有成本低廉、热稳定性好、易制备等诸多优点，是一种新型热电偶材料。

有鉴于此，本发明提出了一种薄膜热电偶。根据本发明的实施例，该薄膜热电偶包括：基板，第一电极，所述第一电极设置在所述基板上，且含有二氧化锡；第二电极，所述第二电极设置在所述基板上，与所述第一电极具有至少一个接触点，且含有掺杂二氧化锡。发明人发现，该薄膜热电偶采用二氧化锡材料成本大大降低，且热稳定性好，制备工艺简单，耗时短，可靠性好，灵敏度高。

根据本发明的实施例，所述基板为绝缘基板或具有绝缘层的非绝缘基板。

根据本发明的实施例，所述基板选自石英玻璃基板、微晶玻璃基板、陶瓷基板和具有陶瓷绝缘层的钛合金基板。

根据本发明的实施例，所述第一电极进一步含有掺杂元素，所述第一电极中的掺杂元素与所述第二电极中的掺杂元素不同。

根据本发明的实施例，所述第一电极或所述第二电极中的掺杂元素各自独立的包括锑、氟、铌、钽中的至少一种。

根据本发明的实施例，所述第一电极或所述第二电极中的掺杂元素的浓度各自独立的为1-20at.％。