一种用于温度传感的Cu-Ni薄膜材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于温度传感的Cu

【技术实现步骤摘要】
一种用于温度传感的Cu
‑
Ni薄膜材料及制备方法


[0001]本专利技术涉及热电薄膜材料及制备方法，特别涉及一种用于温度传感的Cu
‑
Ni薄膜材料及制备方法。

技术介绍

[0002]基于热电阻的温度传感器以及红外测温仪存在响应时间过长等缺陷，难以满足快速变化条件的温度测量。而基于热电效应(塞贝克效应)的温度传感因具有响应迅速、不受应力等其他因素干扰等优点，在温度监控、电子皮肤等方面有广阔的应用前景。
[0003]Cu
‑
Ni合金具有良好的力学性能、高温热稳定性、价格低廉等优势，在热电偶领域应用广泛。薄膜厚度下降时，由于界面散射效应，热导率会大幅下降，当厚度下降到一定程度后，量子限域效应出现，将会增加塞贝克系数，然而，由于电子的散射会降低电导率以及功率因子，所以薄膜厚度的优化问题仍需解决；此外，包括孔结构在内的缺陷对塞贝克系数提高和热导率下降均有促进作用，但现有的缺陷制备手段很难根据电子和声子平均自由程达到对缺陷形貌的精准调控。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种用于温度传感的Cu
‑
Ni薄膜材料。
[0005]本专利技术的另一目的是提供所述用于温度传感的Cu
‑
Ni薄膜材料的制备方法。
[0006]技术方案：所述用于温度传感的Cu
‑
Ni薄膜材料，在Si基衬底上沉积Cu
‑
Ni薄膜，在Cu
‑
Ni薄膜上刻蚀出孔阵列，得到用于温度传感的Cu
‑
Ni薄膜材料。
[0007]进一步地，采用高真空磁控溅射双靶共沉积在Si基衬底上沉积Cu
‑
Ni薄膜；用电子束曝光在Cu
‑
Ni薄膜上刻蚀出孔阵列。
[0008]进一步地，所述的Si基衬底为高阻Si或者Si/SiO2；所述的双靶为Cu靶和Ni靶，Cu靶的纯度大于99.99％、Ni靶的纯度大于99.99％；所述的Cu
‑
Ni薄膜Cu∶Ni的原子比为：70∶30，厚度为：20～300nm；所述的孔阵列参数为：圆孔直径尺寸为200
‑
800nm，孔之间的距离为500
‑
1500nm。
[0009]进一步地，所述的磁控溅射中Cu靶通射频电源，Ni靶通直流电源，Cu靶的溅射功率为60
‑
90W，Ni靶的溅射功率为120
‑
160W，溅射时间为50
‑
600s。
[0010]进一步地，所述的电子束曝光技术中，加速电压未20kV，电流大小为0.3
‑
0.5nA，电子束斑为3.0
‑
5.0，曝光剂量为30
‑
70μC/cm2，点曝光间距为0.2
‑
1.5um。
[0011]所述的用于温度传感的Cu
‑
Ni薄膜材料制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)采用高真空磁控溅射双靶共沉积在Si基衬底上沉积Cu
‑
Ni薄膜：
[0013](a)将表面打磨光亮的Cu靶和Ni靶安放在高真空磁控溅射系统的两个溅射靶位上，其中Cu靶通射频电源，Ni靶通直流电源；
[0014](b)将衬底固定在磁控溅射设备样品台部位，衬底与靶材距离为50
‑
90mm；
[0015](c)关闭磁控溅射反应腔室，进行抽真空操作，抽到溅射腔体真空度不低于1
×
10
‑
4
Pa，以20
‑
40sccm流量通入氩气，保持Cu靶的溅射功率为60
‑
90W，Ni靶的溅射功率为120
‑
160W，溅射时间为50
‑
600s，得到厚度为20
‑
300nm的Cu
‑
Ni薄膜；
[0016](2)用电子束曝光技术在Cu
‑
Ni薄膜上刻蚀出孔阵列：
[0017](a)涂胶：将Cu
‑
Ni薄膜样品放置在匀胶机样品台上，打开抽气泵固定住样品，设置旋涂参数为：先以400
‑
700r/min的速度转10s，再以2000
‑
4000r/min的速度转40
‑
70s，将PMMA滴到Cu
‑
Ni薄膜中央，使其均匀地旋涂在Cu
‑
Ni薄膜上；
[0018](b)前烘：设置加热台温度为70
‑
110℃，待加热台温度达到设定后将Cu
‑
Ni薄膜样品放置在加热台中间烘70
‑
110s；
[0019](c)曝光：加速电压20kV，电流大小0.3
‑
0.5nA，电子束斑为3.0
‑
5.0，曝光剂量为30
‑
70μC/cm2，点曝光间距0.2
‑
1.5um；
[0020](d)显影：将曝光后的Cu
‑
Ni薄膜放入显影液中显影0.5
‑
2min，显影液配比MIBK∶IPA＝1∶3；
[0021](e)腐蚀：将显影后的Cu
‑
Ni薄膜放入FeCl3溶液中腐蚀，腐蚀溶液浓度为0.05mol/L，腐蚀时间为8
‑
14s；
[0022](f)去胶：用丙酮清洗Cu
‑
Ni薄膜上残余的PMMA，之后再用异丙醇、去离子水清洗。
[0023]本专利技术提供了一种用于温度传感的Cu
‑
Ni薄膜材料制备方法，包括以下步骤：
[0024](1)采用高真空磁控溅射双靶共沉积在Si基衬底上沉积Cu
‑
Ni薄膜；
[0025](2)用电子束曝光在Cu
‑
Ni薄膜上刻蚀出孔阵列。
[0026]本专利技术步骤(1)中，在衬底上沉积Cu
‑
Ni薄膜的方法包括：将表面打磨光亮的Cu靶和Ni靶安放在高真空磁控溅射系统的两个溅射靶位上，其中Cu靶通射频电源，Ni靶通直流电源；将衬底固定在磁控溅射设备样品台部位，衬底距离靶材距离为50
‑
90mm。关闭磁控溅射反应腔室，进行抽真空操作；抽到溅射腔体真空度不低于1
×
10
‑4Pa，以20
‑
40sccm流量通入氩气；保持Cu靶的溅射功率为60
‑
90W，Ni靶的溅射功率为120
‑
160W，溅射时间为50
‑
600s，得到厚度为20
‑
300nm的Cu
‑
Ni薄膜。
[0027]本专利技术步骤(2)中，包括以下步骤：
[0028](a)涂胶：将Cu
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于温度传感的Cu
‑
Ni薄膜材料，其特征在于：在Si基衬底上沉积Cu
‑
Ni薄膜，在Cu
‑
Ni薄膜上刻蚀出孔阵列，得到用于温度传感的Cu
‑
Ni薄膜材料。2.根据权利要求1所述的用于温度传感的Cu
‑
Ni薄膜材料，其特征在于：采用高真空磁控溅射双靶共沉积在Si基衬底上沉积Cu
‑
Ni薄膜；用电子束曝光在Cu
‑
Ni薄膜上刻蚀出孔阵列。3.根据权利要求2所述的用于温度传感的Cu
‑
Ni薄膜材料，其特征在于：所述的Si基衬底为高阻Si或者Si/SiO2；所述的双靶为Cu靶和Ni靶，Cu靶的纯度大于99.99％、Ni靶的纯度大于99.99％；所述的Cu
‑
Ni薄膜Cu∶Ni的原子比为：70∶30，厚度为：20～300nm；所述的孔阵列参数为：圆孔直径尺寸为200
‑
800nm，孔之间的距离为500
‑
1500nm。4.根据权利要求2所述的用于温度传感的Cu
‑
Ni薄膜材料，其特征在于：所述的磁控溅射中Cu靶通射频电源，Ni靶通直流电源，Cu靶的溅射功率为60
‑
90W，Ni靶的溅射功率为120
‑
160W，溅射时间为50
‑
600s。5.根据权利要求2所述的用于温度传感的Cu
‑
Ni薄膜材料，其特征在于：所述的电子束曝光技术中，加速电压为20kV，电流大小为0.3
‑
0.5nA，电子束斑为3.0
‑
5.0，曝光剂量为30
‑
70μC/cm2，点曝光间距为0.2
‑
1.5um。6.权利要求1
‑
5任一项所述的用于温度传感的Cu
‑
Ni薄膜材料制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)采用高真空磁控溅射双靶共沉积在Si基衬底上沉积Cu
‑
Ni薄膜：(a)将表面打磨光亮的Cu靶和Ni靶安放在高真空磁控溅射系统的两个溅射靶位上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱蓓蓓，吕鹏飞，温传彬，王哲涵，陈佳熠，徐骁，唐雪昊，薛烽，白晶，陶立，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：