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传感器广泛应用于工农业生产和日常生活的所有领域,并伴随着现代科学技术的进步而不断发展。薄膜传感器是随着薄膜技术的成熟而发展起来的一种新型微传感器。薄膜传感器在安装体积、动态响应、灵敏度等方面都有着十分明显的优点。
本文提出了新型的纳米薄膜温度传感器,给出了其具体结构设计以及敏感材料和封装材料的选择,最后对其工艺参数进行优化,最终在实验室制备出新型的薄膜温度传感器。使用测试系统进行静态温度标定,取得了比较理想的实验结果,其主要内容和结论归纳如下:
1.根据薄膜电子学理论,明确了薄膜电阻温度传感器的工作原理,选用了温度电阻系数比较大的材料:金属Ni,同时根据薄膜厚度对电阻的影响确定了最佳的薄膜厚度200nm-300nm。
2.设计了对应于不同基底材料的不同薄膜传感器结构和膜层结构。对于SiO<,2>基底,设计了4层薄膜的结构,由过渡层NiO、传感层Ni、导线层Cu、保护层Al<,2>O<,3>组成。根据理论计算和测试系统的要求确定了薄膜传感器的最佳电阻值,并根据最佳电阻值设计了掩模图案,同时利用薄不锈钢片制作掩模。
3.利用FJL560CI1超高真空磁控与离子束联合溅射镀膜机制备了多个Ni薄膜温度传感器样品,对工艺参数与传感器电阻值之间的关系进行了讨论。利用真空退火炉对样品进行了真空退火处理。利用温度测试系统对温度薄膜传感器样品进行了测试,对温度与传感器电阻值之间的关系进行了讨论与分析。用SSX-550 (SEM-EDS) 对薄膜的表面形貌进行了分析,特别是对退火前后的表面形貌进行了对比,发现退火后薄膜的晶粒之间的空洞变小、点缺陷和晶界减少,薄膜的致密性得到改善,同时薄膜电阻变小,温度电阻曲线的线性度变优。
4.利用FJL560CI1超高真空磁控与离子束联合溅射镀膜机的多个磁控靶同时工作,制备了Ni-Cu、Ni-Ti、Ni-Mn-Cu薄膜温度传感器,并对以上的薄膜传感器的温度电阻性能进行了测试和分析。