一种膜传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种膜传感器及其制备方法，所述膜传感器自基板表面向外依次包括缓冲层、绝缘层、敏感层、防护层；所述基板为Ni基高温合金基板，缓冲层依次包括NiCrAlY合金过渡层、Al2O3热生长层、非晶YAlO过渡层，所述绝缘层材质为Al2O3，所述敏感层材质为TaN，所述防护层材质为Al2O3。本发明专利技术在NiCrAlY合金过渡层析铝氧化后，先采用反应溅射的方法沉积一层非晶YAlO 薄膜作为过渡层，然后再进行电子束蒸发沉积Al2O3绝缘层。且非晶YAlO薄膜在化学成分上与NiCrAlY合金层和Al2O3绝缘层均具有相似性，化学键合类型相近，同时非晶YAlO薄膜的热膨胀系数和热导率也处于NiCrAlY合金与Al2O3之间；因此非晶YAlO薄膜可在两者之间形成良好的过渡，有效改善薄膜界面的键合并提高薄膜的附着力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及于材料及传感
，具体涉及。
技术介绍
航空航天发动机在工作时，涡轮叶片在燃气燃烧所产生的高温、高压等恶劣环境下高速旋转，表面温度急剧上升且会承受变化巨大的各种应力，对涡轮发动机的性能和寿命有着很大的影响。新型发动机为追求更高的推重比，涡轮叶片温度将进一步提高，因此在发动机设计和验证实验中，准确测量涡轮叶片等高温部件表面的温度、应变、热流、气流速度及其分布至关重要。薄膜传感器具有体积小、响应快、对叶片换热和表面气流无干扰等优点，成为涡轮叶片表面温度及应变测试的首选技术。薄膜传感器由多层复合薄膜组成，首先是在镍基高温合金叶片上采用直流溅射沉积NiCrAlY合金过渡层；然后在真空及1000°C环境下进行析铝并氧化形成A1203层；再在上述A1 203层上采用电子束蒸发沉积约10 μ m厚的A1 203绝缘层；然后在A1203绝缘层上制备贵金属功能层及最后的保护层。在制备薄膜传感器的过程中，器件的可靠性和使用寿命很大程度上取决于绝缘层的结构和性能。析铝氧化生成的A1203由于铝颗粒表面分布的不均匀会形成不规则的网格状结构，表面平整度较差，严重影响了后续绝缘层的附着力；另一方面，电子束蒸发沉积A1203虽然具有成膜速度快、制得的薄膜纯度高等优点，但电子束蒸发沉积的非晶A1 203呈柱状生长，柱间由于阴影效应会产生较大的间隙，降低了 A1203绝缘层的致密性，在溅射制备后续贵金属功能层时，金属原子极易穿过绝缘层与下层的合金层导通，导致薄膜传感器失效。因此改善绝缘层的附着力、致密度以及绝缘性能成为提高器件可靠性的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提供了，本专利技术在析铝氧化形成A1203层上先生长一层非晶YA10薄膜作为过渡层，然后再进行电子束蒸发沉积A1203绝缘层，形成复合绝缘层。本专利技术的非晶YA10薄膜能改善薄膜传感器绝缘层的附着力和绝缘性能，降低了器件的失效几率，为薄膜传感器在高温恶劣的环境中工作提供了更高的可靠性。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为: 一种膜传感器，所述膜传感器自基板表面向外依次包括缓冲层、绝缘层、敏感层、防护层；所述基板为Ni基高温合金基板，缓冲层依次包括NiCrAlY合金过渡层、A1203热生长层、非晶YA10过渡层，所述绝缘层材质为A1203，所述敏感层材质为TaN，所述防护层材质为A1203o一种膜传感器的制备方法，包括以下步骤: 步骤1:合金基板的表面处理:先后采用丙酮、乙醇和去离子水对待测合金基板的表面进行清洗，清洗后置于氮气气氛下干燥； 步骤2:在合金基板上沉积NiCrAlY合金过渡层:采用直流溅射的方法将NiCrAlY合金沉积于经步骤1处理后的合金基板上、作为过渡层，得到带NiCrAlY合金过渡层的复合基板； 步骤3:A1203热生长层的制备:将经步骤2处理后得到的复合基板置于真空热处理炉内，在10-3Pa以下的真空环境及800?1200°C温度条件下析铝处理1?10h ;然后，保持800?1200°C温度并通入氧气至常压，氧化处理1?10h、随炉冷却至室温，得到带NiCrAlY合金过渡层及析铝氧化A1203热生长层的复合基板； 步骤4:非晶YA10过渡层的制备:以钇铝合金靶为靶材，其中钇和铝的原子比为1:(1?20)，在氧气和氩气的流量比为1: (1.2?10)、溅射气压为0.2?10Pa、溅射功率为100?300W、溅射温度为200?600°C的条件下，采用反应溅射的方法在经步骤3处理后得到的复合基板上沉积厚度为0.5?2 μπι的非晶ΥΑ10薄膜、作为过渡层； 步骤5:Α1203绝缘层的制备:将经步骤4处理所得的复合基板置于真空气氛及200?500°C温度条件下，采用电子束蒸发的方法蒸镀Α1203绝缘层，Α1 203绝缘层的厚度为1?10 μ m ； 步骤6:敏感层及A1203保护层的制备:将步骤5得到的复合基板置于真空腔体中，采用射频磁控溅射的方法在A1203绝缘层上制备敏感层；然后在真空气氛及400°C温度下、采用电子束蒸发的方法在A1203绝缘层和敏感层的表面蒸镀A1 203、作为保护层；从而得到本专利技术所述膜传感器。本专利技术的有益效果为:本专利技术在NiCrAlY合金过渡层析铝氧化后，先采用反应溅射的方法沉积一层非晶YA10薄膜作为过渡层，然后再进行电子束蒸发沉积A1203绝缘层。由于溅射制备得到的非晶YA10薄膜具有较小的颗粒尺寸，可以填充析铝氧化处理后不规则的薄膜表面，改善薄膜的表面平整度；且非晶YA10薄膜在化学成分上与NiCrAlY合金层和A1203绝缘层均具有相似性，化学键合类型相近，同时非晶YA10薄膜的热膨胀系数和热导率也处于NiCrAlY合金与A1203之间；因此非晶YA10薄膜可在两者之间形成良好的过渡，有效改善薄膜界面的键合并提高薄膜的附着力。【附图说明】 图1为本专利技术的结构示意图。图中1、基板；2、NiCrAlY合金过渡层；3、A1203热生长层；4、非晶YA10过渡层；5、绝缘层；6、敏感层；7、防护层。【具体实施方式】为使对本专利技术的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下: 一种膜传感器，所述膜传感器自基板1表面向外依次包括缓冲层、绝缘层5、敏感层6、防护层7 ;所述基板1为Ni基高温合金基板1，缓冲层依次包括NiCrAlY合金过渡层2、A1203热生长层3、非晶YA10过渡层4，所述绝缘层5材质为A1203，所述敏感层6材质为TaN，所述防护层7材质为A1203。一种膜传感器的制备方法，包括以下步骤: 步骤1:合金基板1的表面处理:先后采用丙酮、乙醇和去离子水对待测合金基板1的表面进行清洗，清洗后置于氮气气氛下干燥； 步骤2:在合金基板1上沉积NiCrAlY合金过渡层:采用直流溅射的方法将NiCrAlY合金沉积于经步骤1处理后的合金基板1上、作为过渡层，得到带NiCrAlY合金过渡层的复合基板1 ; 步骤3:A1203热生长层3的制备:将经步骤2处理后得到的复合基板1置于真空热处理炉内，在10-3Pa以下的真空环境及800?1200°C温度条件下析铝处理1?10h ;然后，保持800?1200°C温度并通入氧气至常压，氧化处理1?10h、随炉冷却至室温，得到带NiCrAlY合金过渡层及析铝氧化A1203热生长层3的复合基板1 ; 步骤4:非晶YA10过渡层的制备:以钇铝合金靶为靶材，其中钇和铝的原子比为1:(1?20)，在氧气和氩气的流量比为1: (1.2?10)、溅射气压为0.2?10Pa、溅射功率为100?300W、溅射温度为200?600°C的条件下，采用反应溅射的方法在经步骤3处理后得到的复合基板1上沉积厚度为0.5?2 μπι的非晶ΥΑ10薄膜、作为过渡层； 步骤5:Α1203绝缘层5的制备:将经步骤4处理所得的复合基板1置于真空气氛及200?500°C温度条件下，采用电子束蒸发的方法蒸镀A1203绝缘层5，A1 203绝缘层5的厚度为1?10 μπι ; 步骤6:敏感层6及Α1203保护层的制备:将步骤5得到的复合基板1置于真空腔体中，采用射频磁控溅射的方法在Α1203绝缘层5上制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膜传感器，所述膜传感器自基板（1）表面向外依次包括缓冲层、绝缘层（5）、敏感层（6）、防护层（7）；其特征在于：所述基板（1）为Ni基高温合金基板（1），缓冲层依次包括NiCrAlY 合金过渡层（2）、Al2O3热生长层（3）、非晶YAlO 过渡层（4），所述绝缘层（5）材质为Al2O3，所述敏感层（6）材质为TaN，所述防护层（7）材质为Al2O3。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马玉玲，陈小霞，朱卫东，
申请(专利权)人：中山市厚源电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44