規(guī)則的碳空間網(wǎng)基質(zhì)結(jié)構(gòu)中。
[0043] 該溫度傳感元件的制備方法包括如下步驟：
[0044] (1)A1203基體經(jīng)乙醇超聲清洗，烘干后置于真空腔體內(nèi)，預(yù)抽真空到2. 5X103Pa; 通過陽極層離子源往鍍膜腔體里通入氬氣，使氣壓維持在0. 37Pa，在基體上施加-100V的 直流脈沖偏壓，開啟陽極層離子源，電流為0. 2A，利用電離氬離子刻蝕基體表面，此過程維 持5分鐘；
[0045] (2)通過陽極層離子源往鍍膜腔體里通入C2H2氣體提供碳源，同時開啟磁控濺射 源，通入Ar氣，濺射鎢靶；保持腔體氣壓在0. 6Pa，離子束電流在0. 2A，磁控濺射靶電流為 1. 2A，基體脈沖偏壓為-100V，在基體表面沉積鎢摻雜非晶碳薄膜；
[0046] (3)將步驟（2)得到的表面沉積鎢摻雜非晶碳薄膜的基體從腔體中取出，用導(dǎo)電 銀膠將鉑絲與薄膜連接，并置于烘箱80°C條件下處理3h。
[0047] 對上述制得的溫度傳感元件進(jìn)行溫度傳感測試，S卩，改變該溫度傳感元件所處的 環(huán)境溫度，觀察其電阻變化。
[0048] 采用四點(diǎn)法，通過綜合物理性能測試系統(tǒng)（PhysicalPropertyMeasurement System，PPMS)測試上述制得的溫度傳感元件在300K~400K范圍的電阻率隨溫度變化關(guān) 系，結(jié)果如圖2所示，通過如下公式：
[0050] R0為初始溫度T0的電阻值，R為溫度T下的薄膜電阻值，可得到TCR值約為 3149ppmK:〇
[0051] 實(shí)施例2:
[0052] 本實(shí)施例中，溫度傳感元件的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1完全相同。
[0053] 本實(shí)施例中，溫度傳感元件的制備方法與實(shí)施例1中的制備方法基本相同，所不 同的是，步驟（2)中磁控濺射靶電流為1.8A。
[0054] 與實(shí)施例1相同，采用四點(diǎn)法，通過綜合物理性能測試系統(tǒng)（PhysicalProperty MeasurementSystem，PPMS)測試上述制得的溫度傳感元件在278K~368K范圍的電阻率 隨溫度變化關(guān)系，結(jié)果如圖3所示，通過如下公式：
[0056] R0為初始溫度T0的電阻值，R為溫度T下的薄膜電阻值，可得到TCR值約為 235ppmK、
[0057] 實(shí)施例3 :
[0058] 本實(shí)施例中，溫度傳感元件結(jié)構(gòu)如圖1所示，由A1203基體1、銅鉻共摻雜非晶碳薄 膜2以及銀膠電極3組成，銅鉻共摻雜非晶碳薄膜2位于A1203基體1表面，銀膠電極3位 于銅鉻共摻雜非晶碳薄膜2表面。
[0059] 銅鉻摻雜非晶碳薄膜2由C的金剛石相sp3和石墨相sp2雜化態(tài)、銅、鉻原子和/或 銅鉻的碳化物，以及Η原子組成，其中銅鉻原子和/或銅鉻的碳化物分布在主要由C的sp2 共價(jià)鍵和sp3共價(jià)鍵形成的不規(guī)則的碳空間網(wǎng)基質(zhì)結(jié)構(gòu)中。
[0060] 該溫度傳感元件的制備方法包括如下步驟：
[0061] ⑴A1203基體經(jīng)乙醇超聲清洗，烘干后置于真空腔體內(nèi)，預(yù)抽真空到2. 0X103Pa; 往鍍膜腔體里通入氬氣，使氣壓維持在IPa，在基體上施加-50V的脈沖偏壓，利用電離氬離 子刻蝕基體表面，此過程維持20分鐘；
[0062] (2)通過陽極層離子源往鍍膜腔體里通入C2H2氣體提供碳源，同時開啟磁控濺射 源，通入Ar氣，濺射銅鉻復(fù)合靶；保持腔體氣壓在0. 6Pa，離子束電流在0. 2A，磁控濺射靶電 流為3A，基體脈沖偏壓為-100V，在基體表面沉積銅鉻摻雜非晶碳薄膜；
[0063] (3)將步驟（2)得到的表面沉積銅鉻共摻雜非晶碳薄膜的基體從腔體中取出，用 導(dǎo)電銀膠將鉑絲與薄膜連接，并置于烘箱80°C條件下處理3h。
[0064] 對上述制得的溫度傳感元件進(jìn)行溫度傳感測試，S卩，改變該溫度傳感元件所處的 環(huán)境溫度，觀察其電阻變化。
[0065] 采用四點(diǎn)法，通過綜合物理性能測試系統(tǒng)（PhysicalPropertyMeasurement System，PPMS)測試上述制得的壓阻傳感元件在50K~250K范圍的電阻率隨溫度變化關(guān)系， 結(jié)果如圖4所示，通過如下公式：
[0067] R0為初始溫度T0的電阻值，R為溫度T下的薄膜電阻值，可得到TCR值約為 78ppmK1〇
[0068] 實(shí)施例4 :
[0069] 本實(shí)施例中，溫度傳感元件的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例3完全相同。
[0070] 本實(shí)施例中，溫度傳感元件的制備方法與實(shí)施例3中的制備方法基本相同，所不 同的是，步驟（2)中磁控濺射靶電流為2A。
[0071] 與實(shí)施例3相同，采用四點(diǎn)法，通過綜合物理性能測試系統(tǒng)（PhysicalProperty MeasurementSystem，PPMS)測試上述制得的溫度傳感元件在200K~300K范圍的電阻率 隨溫度變化關(guān)系，結(jié)果如圖5所示，通過如下公式：
[0073] R0為初始溫度T0的電阻值，R為溫度T下的薄膜電阻值，可得到TCR值約為 647ppmK、
[0074] 實(shí)施例5 :
[0075] 本實(shí)施例中，溫度傳感元件的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例3完全相同。
[0076] 本實(shí)施例中，溫度傳感元件的制備方法與實(shí)施例3中的制備方法基本相同，所不 同的是，步驟（2)中通入01 4氣體提供碳源。
[0077] 與實(shí)施例3相同，采用四點(diǎn)法，通過綜合物理性能測試系統(tǒng)（PhysicalProperty MeasurementSystem，PPMS)測試上述制得的溫度傳感元件在50K~250K范圍的電阻率隨 溫度變化關(guān)系，結(jié)果如圖6所示，通過如下公式：
[0079] (R0為初始溫度T0的電阻值，R為溫度T下的薄膜電阻值），可得到TCR值約為 364ppmK 1〇
[0080] 以上所述的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是以上所述僅 為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改 和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種金屬摻雜非晶碳薄膜溫度傳感元件，其特征是：由基體、金屬摻雜非晶碳薄膜、 電極組成，金屬摻雜非晶碳薄膜位于基體表面，電極位于金屬摻雜非晶碳薄膜表面； 所述的金屬摻雜非晶碳薄膜包含碳的金剛石相SP3和石墨相SP 2雜化態(tài)以及金屬原子 和/或金屬碳化物，其中金屬原子和/或金屬碳化物分布在主要由C的SP2共價(jià)鍵和SP 3共 價(jià)鍵形成的不規(guī)則的碳空間網(wǎng)基質(zhì)結(jié)構(gòu)中。2. 如權(quán)利要求1所述的金屬摻雜非晶碳薄膜溫度傳感元件，其特征是：所述的摻雜金 屬為W、Cr、Ti、Ni、Ag、Cu、Al中的一種或兩種以上的組合。3. 如權(quán)利要求1所述的金屬摻雜非晶碳薄膜溫度傳感元件，其特征是：所述的基體為 Zr02, Al2O3或者玻璃； 作為優(yōu)選，所述的電極材料為Ag、Pt中的一種或兩種以上的組合。4. 如權(quán)利要求1所述的金屬摻雜非晶碳薄膜溫度傳感元件，其特征是：所述的金屬摻 雜非晶碳薄膜還包含H原子。5. 如權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的金屬摻雜非晶碳薄膜溫度傳感元件，其特 征是：所述的金屬摻雜非晶碳溫度傳感元件的TCR值為80~3150ppmK 1C36. 如權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的金屬摻雜非晶碳薄膜溫度傳感元件，其特 征是：所述金屬摻雜非晶碳薄膜中SP2共價(jià)鍵和sp 3共價(jià)鍵的比例、金屬原子和/或金屬碳 化物團(tuán)簇之間的距離、金屬原子尺寸和/或金屬碳化物團(tuán)簇的尺寸，以及摻雜金屬的含量 中的一種或幾種調(diào)控所述金屬摻雜非晶碳薄膜溫度傳感元件的電阻率與TCR值。7. 如權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的金屬摻雜非晶碳薄膜溫度傳感元件的制備 方法，其特征是：包括如下步驟： 步驟1 :將基體置于真空腔室中，利用氬離子刻蝕基體表面； 步驟2 :向鍍膜腔室內(nèi)通入碳?xì)錃怏w，通過陽極層離子源離化提供碳源，在基體表面沉 積類金剛石碳膜，同時開啟磁控濺射源，通入Ar氣，在基體表面濺射沉積金屬原子，離子源 電流為0.1 A~0. 5A，磁控靶電流為IA~8A，基體直流脈沖偏壓為-IOV~-400V ; 步驟3 :將步驟2得到的表面沉積金屬摻雜非晶碳膜的基體從鍍膜腔室中取出，在金屬 摻雜非晶碳膜表面加入導(dǎo)電銀膠，并引入電極線，然后烘干處理。8. 如權(quán)利要求7所述的金屬摻雜非晶碳薄膜溫度傳感元件的制備方法，其特征是： 所述的步驟2中，靶電流為1.2A~5A，腔體內(nèi)壓力為0.1 Pa~IPa，基體直流脈沖偏壓 為-50V ~-IOOV09. 如權(quán)利要求7所述的金屬摻雜非晶碳薄膜溫度傳感元件的制備方法，其特征是：所 述的步驟2中，碳?xì)錃怏w為C2H 2、CH4、C6H6中的一種或幾種。10. 如權(quán)利要求7所述的金屬摻雜非晶碳薄膜溫度傳感元件的制備方法，其特征是：通 過調(diào)控步驟2中的碳源種類、基體直流脈沖偏壓，以及磁控靶電流中的至少一種調(diào)控金屬 摻雜非晶碳溫度傳感元件的TCR值。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種金屬摻雜非晶碳薄膜溫度傳感元件。該溫度傳感元件由基體、金屬摻雜非晶碳薄膜、電極組成，金屬摻雜非晶碳薄膜位于基體表面，電極位于金屬摻雜非晶碳薄膜表面。與現(xiàn)有的溫度傳感元件相比，該薄膜溫度傳感元件的TCR值和電阻率可調(diào)控，能夠同時具有高TCR值與優(yōu)異機(jī)械性能及摩擦學(xué)性能，可以實(shí)現(xiàn)溫度傳感元件在惡劣環(huán)境中的應(yīng)用。
【IPC分類】C23C14/35, G01K7/18
【公開號】CN105241569
【申請?zhí)枴緾N201510604847
【發(fā)明人】汪愛英, 郭鵬, 柯培玲, 張棟, 陳仁德, 鄭賀
【申請人】中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年9月21日