CN114459624B - 内埋式薄膜热电偶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内埋式薄膜热电偶及其制备方法。内埋式薄膜热电偶包括基底、电极薄膜以及保护膜。基底的表面内凹形成电极槽，电极薄膜设于电极槽内，保护膜覆盖于基底的设有电极槽的表面。通过对热电偶的结构进行设置，使电极薄膜内埋在基底表面内凹形成的电极槽内，并通过保护膜的覆盖对电极薄膜进行封装。此时，电极薄膜与基底之间具有良好的结合力，并且电极薄膜以内埋式的方式位于保护膜和基底之间，这样可以在使用过程中有效降低电极薄膜的脱落风险，提高热电偶的使用稳定性。

Description

内埋式薄膜热电偶及其制备方法

技术领域

本发明涉及温度传感器制造技术领域，尤其是涉及一种内埋式薄膜热电偶及其制备方法。

背景技术

热电偶是工业生产上使用较多的一种温度传感器，其能够对工业生产过程中的温度进行准确且实时的检测。尽管热电偶具有使用方便和准确度高的优点，但是不同的使用工况对于热电偶也提出了不同的要求。在温度较高的使用环境下，比如钢铁冶炼过程中的高温精确控制、废钢冶炼的高温检测以及航空航天高温部件的温度测量等环境下，需要热电偶在温度较高的使用环境下依然能够保持稳定的电学性能。然而传统的热电偶容易出现高温下电极脱落的问题，导致热电偶在温度较高的环境下使用稳定性较差。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够降低电极脱落风险的内埋式薄膜热电偶及其制备方法。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种内埋式薄膜热电偶，包括基底、电极薄膜以及保护膜；

所述基底的表面内凹形成电极槽，所述电极薄膜设于所述电极槽内；

所述电极薄膜包括正极薄膜和负极薄膜，所述正极薄膜包括正极焊盘以及自所述正极焊盘向外延伸的正极对接部，所述负极薄膜包括负极焊盘以及自所述负极焊盘向外延伸的负极对接部，所述正极对接部和所述负极对接部对接形成热电偶接点，所述正极焊盘和所述负极焊盘分别用于与外接引线连接；

所述保护膜覆盖于所述基底设有所述电极槽的表面。

在其中一个实施例中，所述保护膜上设有正极通孔和负极通孔，所述正极通孔位于所述正极焊盘的上方以用于露出所述正极焊盘，所述负极通孔位于所述负极焊盘的上方以用于露出所述负极焊盘。

在其中一个实施例中，所述电极薄膜远离所述电极槽槽底的表面与所述电极槽的槽口平齐。

在其中一个实施例中，所述正极对接部和所述负极对接部搭接形成所述热电偶接点。

在其中一个实施例中，所述正极对接部和所述负极对接部搭接的长度为45μm～55μm。

在其中一个实施例中，所述电极槽的深度为180nm～220nm；和/或，

所述正极薄膜的厚度为180nm～220nm；和/或，

所述负极薄膜的厚度为180nm～220nm；和/或，

所述保护膜的厚度为80nm～120nm；和/或，

所述基底的厚度为360μm～440μm；和/或，

所述基底的材料包括Si、SiC以及Al₂O₃中的至少一种；和/或，

所述正极薄膜的材料包括W-5Re、Pt-10Rh以及Pt-13Rh中的至少一种；和/或，

所述负极薄膜的材料包括W-26Re和Pt中的至少一种；和/或，

所述保护膜的材料包括SiC、AlN以及Al₂O₃中的至少一种。

一种内埋式薄膜热电偶的制备方法，包括如下步骤：

在基底的表面内凹形成电极槽；

将电极薄膜设于所述电极槽内；所述电极薄膜包括正极薄膜和负极薄膜，所述正极薄膜包括正极焊盘以及自所述正极焊盘向外延伸的正极对接部，所述负极薄膜包括负极焊盘以及自所述负极焊盘向外延伸的负极对接部，所述正极对接部和所述负极对接部对接形成热电偶接点，所述正极焊盘和所述负极焊盘分别用于与外接引线连接；

在所述基底设有所述电极槽的表面形成保护膜。

在其中一个实施例中，在所述基底的设有所述电极槽的表面形成保护膜之后还包括如下步骤：

在所述保护膜上分别形成正极通孔和负极通孔，以分别露出正极焊盘和负极焊盘。

在其中一个实施例中，在基底的表面内凹形成电极槽包括如下步骤：

在基底表面涂覆第一掩膜材料，得到涂覆基底；

对所述涂覆基底进行曝光处理和显影处理，使所述第一掩膜材料呈现电极薄膜的图形，然后进行刻蚀处理，以在所述基底的表面内凹形成电极槽。

在其中一个实施例中，将电极薄膜设于所述电极槽内包括如下步骤：

在基底表面涂覆第二掩膜材料，通过曝光处理和显影处理，露出用于供形成正极薄膜和负极薄膜其中之一的电极槽区域，然后通过在该电极槽区域内镀膜以对应形成正极薄膜或负极薄膜；

去除基底表面剩余的第二掩膜材料；

在基底表面涂覆第三掩膜材料，通过曝光处理和显影处理，露出用于供形成另一电极薄膜的电极槽区域，然后通过在该电极槽区域内镀膜以对应形成该另一电极薄膜。

上述内埋式薄膜热电偶包括基底、电极薄膜以及保护膜。基底的表面内凹形成电极槽，电极薄膜设于电极槽内，保护膜覆盖于基底的设有电极槽的表面。通过对热电偶的结构进行设置，使电极薄膜内埋在基底表面内凹形成的电极槽内，并通过保护膜的覆盖对电极薄膜进行封装。此时，电极薄膜与基底之间具有良好的结合力，并且电极薄膜以内埋式的方式位于保护膜和基底之间，这样可以在使用过程中有效降低电极薄膜的脱落风险，提高热电偶的使用稳定性。

上述内埋式薄膜热电偶的制备方法包括如下步骤：在基底上形成电极槽，将电极薄膜设于电极槽内，在基底的设有电极槽的表面形成保护膜。在该制备方法中通过简单的步骤就可以得到使用稳定性良好的内埋式薄膜热电偶，降低了薄膜热电偶的制备难度，适用于规模化生产。

附图说明

图1为本发明一实施例中内埋式薄膜热电偶的结构示意图；

图2为本发明一实施例中内埋式薄膜热电偶的剖面图；

图3为本发明一实施例中基底刻蚀的截面图；

图4为本发明一实施例中内埋式薄膜热电偶的实物图；

图5为本发明一实施例中内埋式薄膜热电偶的COMSOL应力分布图；

图6为本发明一实施例中内埋式薄膜热电偶的COMSOL温度-应力关系曲线；

图7为本发明一实施例中内埋式薄膜热电偶的COMSOL温度分布图；

图8为本发明一实施例中内埋式薄膜热电偶的COMSOL电势分布图；

图9为本发明一实施例中内埋式薄膜热电偶的COMSOL仿真节点温差温度-热电势曲线。

图中标记说明：

100、内埋式薄膜热电偶；200、基底；300、电极薄膜；301、正极薄膜；3011、正极焊盘；3012、正极对接部；302、负极薄膜；3021、负极焊盘；3022、负极对接部；303、热电偶接点；400、保护膜。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1～图2所示，本发明一实施例提供了一种内埋式薄膜热电偶100(在图1中，保护膜未示出)。该内埋式薄膜热电偶100包括基底200、电极薄膜300以及保护膜400。基底200的表面内凹形成电极槽，电极薄膜300设于电极槽内。电极薄膜300包括正极薄膜301和负极薄膜302，正极薄膜301包括正极焊盘3011以及自正极焊盘3011向外延伸的正极对接部3012，负极薄膜302包括负极焊盘3021以及自负极焊盘3021向外延伸的负极对接部3022，正极对接部3012和负极对接部3022对接形成热电偶接点303，正极焊盘3011和负极焊盘3021分别用于与外接引线连接。保护膜400覆盖于基底200设有电极槽的表面。

在本实施例中，通过对热电偶的结构进行设置，使电极薄膜300内埋在基底200表面内凹形成的电极槽内，并通过保护膜400的覆盖对电极薄膜300进行封装。此时，电极薄膜300与基底200之间具有良好的结合力，并且电极薄膜300以内埋式的方式位于保护膜400和基底200之间，这样可以在使用过程中有效降低电极薄膜300的脱落风险，提高热电偶的使用稳定性。

在一个具体的示例中，保护膜400上设有正极通孔和负极通孔，正极通孔位于正极焊盘3011的上方以用于露出正极焊盘3011，负极通孔位于负极焊盘3021的上方以用于露出负极焊盘3021。通过在保护膜400上设置正极通孔和负极通孔，可以将正极焊盘3011和负极焊盘3021露出，便于将连接在正极焊盘3011和负极焊盘3021上的外接引线引出。

在一个具体的示例中，电极薄膜300远离电极槽槽底的表面与电极槽的槽口平齐。此时，电极薄膜300的厚度与电极槽的深度相等，可以使电极薄膜300和基底200的表面之间的过渡更加顺畅，使电极薄膜300与基底200之间的接触更加稳定，有利于提高热电偶的使用过程中的稳定性。另外，电极薄膜300远离电极槽槽底的表面与电极槽的槽口平齐，可以使保护膜400更好地附着在基底200的表面，以将电极薄膜300整体封装在电极槽内，进一步提高电极薄膜300的稳定性。同时，当电极薄膜300远离电极槽槽底的表面与电极槽的槽口平齐时，还可以更加方便地对保护膜400的厚度进行控制，提高保护膜400厚度的均匀性，使内埋式薄膜热电偶100的内部结构更加均一稳定。

作为正极薄膜301和负极薄膜302连接结构的一个示例，正极对接部3012和负极对接部3022搭接形成热电偶接点303。可以理解的是，在正极对接部3012和负极对接部3022的对接过程中，正极对接部3012和负极对接部3022搭接可以是正极对接部3012搭接在负极对接部3022之上，也可以是负极对接部3022搭接在正极对接部3012之上。

进一步地，正极对接部3012和负极对接部3022搭接的长度为45μm～55μm。可以理解的是，正极对接部3012和负极对接部3022搭接的长度表示正极对接部3012和负极对接部3022搭接时两者的重叠部分的长度。可选地，正极对接部3012和负极对接部3022搭接的长度可以是但不限定为45μm、46μm、47μm、48μm、49μm、50μm、51μm、52μm、53μm、54μm或55μm。可选地，正极对接部3012和负极对接部3022搭接的长度还可以在45μm～55μm范围内进行其他任意选择。

进一步地，作为电极槽深度的一些示例，电极槽的深度为180nm～220nm。可选地，电极槽的深度可以是但不限定为180nm、182nm、185nm、188nm、190nm、193nm、195nm、199nm、200nm、202nm、205nm、207nm、210nm、212nm、215nm、218nm或220nm。可以理解的是，电极槽的深度还可以在180nm～220nm范围内进行其他任意选择。

进一步地，作为电极薄膜300的厚度的一些示例，电极薄膜300的厚度为180nm～220nm。可选地，电极薄膜300的厚度可以是但不限定为180nm、182nm、185nm、188nm、190nm、193nm、195nm、199nm、200nm、202nm、205nm、207nm、210nm、212nm、215nm、218nm或220nm。可以理解的是，电极薄膜300的厚度还可以在180nm～220nm范围内进行其他任意选择。

进一步地，作为正极薄膜301的厚度的一些示例，正极薄膜301的厚度为180nm～220nm。可选地，正极薄膜301的厚度可以是但不限定为180nm、182nm、185nm、188nm、190nm、193nm、195nm、199nm、200nm、202nm、205nm、207nm、210nm、212nm、215nm、218nm或220nm。可以理解的是，正极薄膜301的厚度还可以在180nm～220nm范围内进行其他任意选择。

进一步地，作为负极薄膜302的厚度的一些示例，负极薄膜302的厚度为180nm～220nm。可选地，负极薄膜302的厚度可以是但不限定为180nm、182nm、185nm、188nm、190nm、193nm、195nm、199nm、200nm、202nm、205nm、207nm、210nm、212nm、215nm、218nm或220nm。可以理解的是，负极薄膜302的厚度还可以在180nm～220nm范围内进行其他任意选择。

在一个具体的示例中，电极槽的深度与电极薄膜300的厚度相等。具体地，电极槽的深度、正极薄膜301的厚度以及负极薄膜302的厚度均相等。

进一步地，作为保护膜400的厚度的一些示例，保护膜400的厚度为80nm～120nm。可选地，保护膜400的厚度可以是但不限定为80nm、82nm、85nm、88nm、90nm、93nm、95nm、99nm、100nm、102nm、105nm、107nm、110nm、112nm、115nm、118nm或120nm。可以理解的是，保护膜400的厚度还可以在80nm～120nm范围内进行其他任意选择。

进一步地，作为基底200的厚度的一些示例，基底200的厚度为360μm～440μm。可选地，基底200的厚度可以是但不限定为360μm、365μm、370μm、375μm、380μm、385μm、390μm、395μm、400μm、405μm、410μm、415μm、420μm、425μm、430μm、435μm或440μm。可以理解的是，基底200的厚度还可以在360μm～440μm范围内进行其他任意选择。

在一个具体的示例中，通过对基底200厚度、电极槽深度、电极薄膜300厚度以及保护膜400的厚度进行选择，可以得到厚度小的内埋式薄膜热电偶100，降低热电偶的体积。另外，电极薄膜300和保护层的整体厚度较小，可以使内埋式薄膜热电偶100具有较快的响应速度，对环境温度进行及时响应检测，提高热电偶的检测灵敏程度。

请再次参阅图1，在一个具体的示例中，正极薄膜301和负极薄膜302连接形成U型形状。此时，正极对接部3012和负极对接部3022的搭接位置，即热电偶接点303位于U型形状的底部，正极焊盘3011和负极焊盘3021分别位于U型形状的开口处。

在一个具体的示例中，基底200的材料包括Si、SiC以及Al₂O₃中的至少一种。可选地，基底200可以选自Si基底、SiC基底、Al₂O₃基底。可选地，Al₂O₃基底表现为蓝宝石基底。

在一个具体的示例中，保护膜400的材料包括SiC、AlN以及Al₂O₃中的至少一种。可以理解的是，保护膜400可以采用磁控溅射的方式形成。还可以理解的是，保护膜400的材料选自SiC、AlN以及Al₂O₃中的至少一种。

在一个具体的示例中，正极薄膜301的材料包括W-5Re、Pt-10Rh以及Pt-13Rh中的至少一种。可以理解的是，正极薄膜301可以采用磁控溅射的方式形成。还可以理解的是，正极薄膜301的材料选自W-5Re、Pt-10Rh以及Pt-13Rh中的至少一种。

在一个具体的示例中，负极薄膜302的材料包括W-26Re和Pt中的至少一种。可以理解的是，负极薄膜302可以采用磁控溅射的方式形成。还可以理解的是，负极薄膜302的材料选自W-26Re和Pt中的至少一种。

进一步地，作为正极薄膜301和负极薄膜302更好地匹配选择，正极薄膜301的材料包括W-5Re，负极薄膜302的材料包括W-26Re；或者正极薄膜301的材料包括Pt-10Rh，负极薄膜302的材料包括Pt；或者正极薄膜301的材料包括Pt-13Rh，负极薄膜302的材料包括Pt。再进一步地，正极薄膜301的材料为W-5Re，负极薄膜302的材料为W-26Re；或者正极薄膜301的材料为Pt-10Rh，负极薄膜302的材料为Pt；或者正极薄膜301的材料为Pt-13Rh，负极薄膜302的材料为Pt。

可以理解的是，W-5Re、Pt-10Rh、Pt-13Rh以及W-26Re中数值表示后者占材料的质量百分数。比如，W-5Re表示在材料中W的质量百分数为95％、Re的质量百分数为5％。W-26Re表示在材料中W的质量百分数为74％、Re的质量百分数为26％。Pt-10Rh表示在材料中Pt的质量百分数为90％、Rh的质量百分数为10％。Pt-13Rh表示在材料中Pt的质量百分数为87％、Rh的质量百分数为13％。

本发明还有一实施例提供了一种内埋式薄膜热电偶100的制备方法。该制备方法包括如下步骤：在基底200的表面内凹形成电极槽。将电极薄膜300设于电极槽内；电极薄膜300包括正极薄膜301和负极薄膜302，正极薄膜301包括正极焊盘3011以及自正极焊盘3011向外延伸的正极对接部3012，负极薄膜302包括负极焊盘3021以及自负极焊盘3021向外延伸的负极对接部3022，正极对接部3012和负极对接部3022对接形成热电偶接点303，正极焊盘3011和负极焊盘3021分别用于与外接引线连接。在基底200设有电极槽的表面形成保护膜400。在该制备方法中通过简单的步骤就可以得到使用稳定性良好的内埋式薄膜热电偶100，降低了薄膜热电偶的制备难度，适用于规模化生产。

在一个具体的示例中，在基底200的设有电极槽的表面形成保护膜400之后还包括如下步骤：在保护膜400上分别形成正极通孔和负极通孔，以分别露出正极焊盘3011和负极焊盘3021。在保护膜400上形成正极通孔和负极通孔，露出正极焊盘3011和负极焊盘3021，便于连接外接引线。

在一个具体的示例中，在基底200的设有电极槽的表面形成保护膜400之后、在保护膜400上分别形成正极通孔和负极通孔之前还包括如下步骤：对形成保护膜400之后的基底200进行退火处理。具体地，退火处理的温度为270℃～330℃，退火处理的时间为1.5h～3h。可选地，退火处理的温度为270℃、275℃、280℃、285℃、290℃、295℃、300℃、305℃、310℃、315℃、320℃、325℃或330℃。可选地，退火处理的时间为1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h、2h、2.1h、2.2h、2.3h、2.4h、2.5h、2.6h、2.7h、2.8h、2.9h或3h。可以理解的是，退火处理的温度和退火处理的时间可以在上述温度和时间范围内分别进行其他选择。还可以理解的是，退火处理在保护气体氛围下进行。可选地，保护气体为和/或稀有气体。具体地，保护气体为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气以及氙气中的至少一种。进一步地，保护气体为氮气。

在一个具体的示例中，在基底200的表面内凹形成电极槽包括如下步骤：在基底200表面涂覆第一掩膜材料，得到涂覆基底200。对涂覆基底200进行曝光处理和显影处理，使第一掩膜材料呈现电极薄膜300的图形，然后进行刻蚀处理，进而在基底200的表面内凹形成电极槽。可以理解的是，在基底200的表面内凹形成电极槽时，在基底200表面涂覆第一掩膜材料之后，形成第一掩膜材料膜，然后使用具有电极薄膜300图形的掩膜版覆盖在第一掩膜材料膜上，然后通过曝光处理和显影处理，使第一掩膜材料呈现电极膜的图形。然后进行刻蚀处理，进而在基底200的表面内凹形成电极槽。可以理解的是，进行刻蚀处理之后，通过剥膜液去除基底200残留的第一掩膜材料。

在一个具体的示例中，刻蚀处理采用感应耦合等离子体刻蚀，刻蚀处理的刻蚀深度为180nm～220nm。可选地，刻蚀处理的刻蚀深度为180nm、182nm、185nm、188nm、190nm、193nm、195nm、199nm、200nm、202nm、205nm、207nm、210nm、212nm、215nm、218nm或220nm。可以理解的是，刻蚀处理的刻蚀深度还可以在180nm～220nm范围内进行其他任意选择。

在一个具体的示例中，第一掩膜材料为光刻胶，在基底200表面涂覆第一掩膜材料的厚度为2.5μm～3μm，涂覆采用旋涂的方式，刻蚀处理采用感应耦合等离子体刻蚀，刻蚀深度为180nm～220nm。。具体地，第一掩膜材料为AZ5214型号光刻胶，采用旋涂的方式在基底200的表面形成厚度为2.8μm的第一掩膜材料，然后对第一掩膜材料进行软烘处理。软烘之后采用具有电极薄膜300图形的光刻版进行曝光处理，再在显影液中进行显影处理以溶解由曝光形成的光刻胶可溶解区域，露出具有电极薄膜300图形的基底200，再采用感应耦合等离子体刻蚀200nm，在基底200的表面内凹形成电极槽。然后采用丙酮去除基底200残留的光刻胶。可选地，感应耦合等离子体刻蚀的参数为：腔室压力10mT、上电极功率1000W、下电极功率600W、SF₆流量为100sccm。

在一个具体的示例中，将电极薄膜300设于电极槽内包括如下步骤：在基底200表面涂覆第二掩膜材料，通过曝光处理和显影处理，露出用于形成正极薄膜301和负极薄膜302其中之一的电极槽区域，然后通过在该电极槽区域内镀膜以对应形成正极薄膜301或负极薄膜302；去除基底200表面剩余的第二掩膜材料；在基底200表面涂覆第三掩膜材料，通过曝光处理和显影处理，露出用于形成另一电极薄膜300的电极槽区域，然后通过在该电极槽区域内镀膜以对应形成该另一电极薄膜300。

在将电极薄膜300设于电极槽内时，采用分别镀膜的方式分别形成正极薄膜301和负极薄膜302。可以理解的是，正极薄膜301和负极薄膜302制备的先后顺序可以根据需要进行选择，可以先制备正极薄膜301后制备负极薄膜302，也可以先制备负极薄膜302后制备正极薄膜301。

具体地，以先制备正极薄膜301后制备负极薄膜302进行说明。第二掩膜材料和第三掩膜材料均为AZ5214型号光刻胶。基底200为SiC基底200，正极薄膜301的材料为W-5Re，负极薄膜302的材料为W-26Re。此时，将电极薄膜300设于电极槽内包括如下步骤：

在基底200表面旋涂第二掩膜材料(AZ5214型号光刻胶)，第二掩膜材料的厚度为2.8μm。然后对第二掩膜材料进行软烘处理。软烘之后采用具有正极薄膜301图形的光刻版进行曝光处理，再在显影液中进行显影处理以溶解由曝光形成的光刻胶可溶解区域，露出具有正极薄膜301图形的电极槽。然后采用磁控溅射的方式在该电极槽内沉积正极薄膜301。

沉积正极薄膜301之后，采用丙酮去除基底200表面剩余的第二掩膜材料。再在基底200表面旋涂第三掩膜材料(AZ5214型号光刻胶)，第三掩膜材料的厚度为2.8μm。然后对第三掩膜材料进行软烘处理。软烘之后采用具有负极薄膜302图形的光刻版进行曝光处理，再在显影液中进行显影处理以溶解由曝光形成的光刻胶可溶解区域，露出具有负极薄膜302图形的电极槽。然后采用磁控溅射的方式在该电极槽内沉积负极薄膜302。

进一步地，沉积正极薄膜301和负极薄膜302时，磁控溅射的方法为：选用纯度均为99.99％的W-5Re靶、W-26Re靶、SiC靶安装到磁控溅射的靶枪上，当本底真空达到2.8×10^{- 7}Torr，开启旋转控制氩气流速为45sccm，进行正极薄膜301W-5Re直流溅射镀膜，溅射功率为250W，在回转的基底200上沉积W-5Re膜，形成180nm～220nm的W-5Re正极薄膜301，并用丙酮剥离液去除剩余的光刻胶(去除光刻胶的同时也随之将其上方的正极薄膜301去除)，得到嵌入基底200凹腔图形化的正极薄膜301。然后采用直流磁控溅射技术沉积W-26Re负极薄膜302，当本底真空达到2.8×10^-7Torr，开启旋转控制氩气流速为45sccm，进行负极薄膜302W-26Re直流溅射镀膜，溅射功率为200W，在回转的基底200上沉积W-26Re膜，形成180nm～220nm的W-26Re负极薄膜302。形成负极薄膜302之后，并用丙酮剥离液去除剩余的光刻胶(去除光刻胶的同时也随之将其上方的负极薄膜302去除)。

再进一步地，在基底200设有电极槽的表面形成保护膜400采用磁控溅射的方式。具体地，采用射频磁控溅射技术沉积保护膜400，当本底真空达到2.8×10^-7Torr，开启旋转控制氩气流速为43sccm，进行保护膜400射频溅射镀膜，溅射功率为200W，在回转的基底200表面上沉积膜，形成厚度为80nm～120nm的保护膜400。可选地，保护膜400为SiC保护膜。

在一个具体的示例中，在保护膜400上分别形成正极通孔和负极通孔包括如下步骤：在保护膜400表面涂覆第四掩膜材料，进行曝光处理和显影处理，使掩膜材料呈现正极通孔和负极通孔的图形，然后进行刻蚀处理，进而在保护膜400上形成正极通孔和负极通孔。

具体地，第四掩膜材料为AZ5214型号光刻胶。此时，在保护膜400上分别形成正极通孔和负极通孔包括如下步骤：

在保护膜400上旋涂第四掩膜材料(AZ5214型号光刻胶)，第四掩膜材料的厚度为2.8μm。然后对第四掩膜材料进行软烘处理。软烘之后采用具有正极焊盘3011和负极焊盘3021图形的光刻版进行曝光处理，再在显影液中进行显影处理以溶解由曝光形成的光刻胶可溶解区域，露出具有正极焊盘3011和负极焊盘3021图形的保护膜400。然后对保护膜400进行刻蚀处理。刻蚀处理采用感应耦合等离子体刻蚀，得到正极通孔和负极通孔。然后采用丙酮去除保护膜400上残留的光刻胶。可选地，感应耦合等离子体刻蚀的参数为：腔室压力10mT、上电极功率1000W、下电极功率600W、SF₆流量为100sccm。

在一个具体的示例中，在基底200的表面内凹形成电极槽之前还包括如下步骤：对基底200进行清洗处理。进一步地，清洗处理依次采用酒精、丙酮以及酒精进行清洗。再进一步地，在清洗处理过程中采用超声清洗。在清洗处理时，采用酒精、丙酮以及酒精清洗的时间分别为18min～22min。

以下为具体实施例。

实施例1

本实施例中制备一种内埋式薄膜热电偶100。基底200为SiC基底，正极薄膜301的材料为W-5Re，负极薄膜302的材料为W-26Re，保护膜400的材料为SiC。第一掩膜材料、第二掩膜材料、第三掩膜材料以及第四掩膜材料均为AZ5214型号光刻胶。

本实施例中内埋式薄膜热电偶100的制备方法为：

S101：准备6英寸厚度为400μm的SiC基底200，在酒精、丙酮、酒精中依次超声清洗20min，送入高温箱中烘烤甩干，获得表面清洁干燥的基底200。

S102：采用旋涂的方式在基底200的表面形成厚度为2.8μm的第一掩膜材料，然后对第一掩膜材料进行软烘处理。软烘之后采用具有电极薄膜300完整图形的光刻版进行曝光处理，再在显影液中进行显影处理以溶解由曝光形成的光刻胶可溶解区域，露出具有电极薄膜300图形的基底200，再采用感应耦合等离子体刻蚀200nm，在基底200的表面内凹形成电极槽。然后采用丙酮去除基底200残留的光刻胶。可选地，感应耦合等离子体刻蚀的参数为：腔室压力10mT、上电极功率1000W、下电极功率600W、SF₆流量为100sccm。电极槽的形状如图3所示，其中槽壁与槽底之间形成的锐角为75°，即电极槽的槽壁存在一定的倾角。

S103：在基底200表面旋涂第二掩膜材料，第二掩膜材料的厚度为2.8μm。然后对第二掩膜材料进行软烘处理。软烘之后采用具有正极薄膜301图形的光刻版进行曝光处理，再在显影液中进行显影处理以溶解由曝光形成的光刻胶可溶解区域，露出具有正极薄膜301图形的电极槽。然后采用磁控溅射的方式在该电极槽内沉积正极薄膜301。沉积正极薄膜301之后，采用丙酮去除基底200表面剩余的第二掩膜材料。再在基底200表面旋涂第三掩膜材料，第三掩膜材料的厚度为2.8μm。然后对第三掩膜材料进行软烘处理。软烘之后采用具有负极薄膜302图形的光刻版进行曝光处理，再在显影液中进行显影处理以溶解由曝光形成的光刻胶可溶解区域，露出具有负极薄膜302图形的电极槽。然后采用磁控溅射的方式在该电极槽内沉积负极薄膜302。

其中，选用纯度均为99.99％的W-5Re靶、W-26Re靶、SiC靶安装到磁控溅射的靶枪上，当本底真空达到2.8×10^-7Torr，开启旋转控制氩气流速为45sccm，进行正极薄膜301W-5Re直流溅射镀膜，溅射功率为250W，在回转的基底200上沉积W-5Re膜，形成180nm～220nm的W-5Re正极薄膜301，并用丙酮剥离液去除剩余的光刻胶(去除光刻胶的同时也随之将其上方的正极薄膜301去除)，得到嵌入基底200凹腔图形化的正极薄膜301。然后采用直流磁控溅射技术沉积W-26Re负极薄膜302，当本底真空达到2.8×10^-7Torr，开启旋转控制氩气流速为45sccm，进行负极薄膜302W-26Re直流溅射镀膜，溅射功率为200W，在回转的基底200上沉积W-26Re膜，形成180nm～220nm的W-26Re负极薄膜302。形成负极薄膜302之后，并用丙酮剥离液去除剩余的光刻胶(去除光刻胶的同时也随之将其上方的负极薄膜302去除)。

S104：采用射频磁控溅射技术沉积SiC保护膜400，当本底真空达到2.8×10^-7Torr，开启旋转控制氩气流速为43sccm，进行SiC保护膜400射频溅射镀膜，溅射功率为200W，在回转的基底200表面上沉积膜，形成厚度为100nm的保护膜400。

S105：对形成保护膜400之后的基底200进行退火处理。退火处理的温度为300℃，退火处理的时间为2h。

S106：在保护膜400上旋涂第四掩膜材料，第四掩膜材料的厚度为2.8μm。然后对第四掩膜材料进行软烘处理。软烘之后采用具有正极焊盘3011和负极焊盘3021图形的光刻版进行曝光处理，再在显影液中进行显影处理以溶解由曝光形成的光刻胶可溶解区域，露出具有正极焊盘3011和负极焊盘3021图形的保护膜400。然后对保护膜400进行刻蚀处理。刻蚀处理采用感应耦合等离子体刻蚀，得到正极通孔和负极通孔。然后采用丙酮去除保护膜400上残留的光刻胶。可选地，感应耦合等离子体刻蚀的参数为：腔室压力10mT、上电极功率1000W、下电极功率600W、SF₆流量为100sccm。

S106处理之后得到本实施例中的内埋式薄膜热电偶100，其实物图如图4所示。可以理解的是，图4中各框线内的热电偶结构相同。

对本实施例中得到的内埋式薄膜热电偶100进行应力、温度-应力、温度分布、电势分布以及仿真节点温差温度-热电势曲线进行测试，结果分别如图5～图9所示。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准，说明书及附图可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种内埋式薄膜热电偶，其特征在于，包括基底、电极薄膜以及保护膜；

所述基底的表面内凹形成电极槽，所述电极薄膜设于所述电极槽内；

所述电极薄膜包括正极薄膜和负极薄膜，所述正极薄膜包括正极焊盘以及自所述正极焊盘向外延伸的正极对接部，所述负极薄膜包括负极焊盘以及自所述负极焊盘向外延伸的负极对接部，所述正极对接部和所述负极对接部对接形成热电偶接点，所述正极焊盘和所述负极焊盘分别用于与外接引线连接；

所述保护膜覆盖于所述基底设有所述电极槽的表面；

所述基底选自Si基底、SiC基底、Al₂O₃基底；

所述正极薄膜的厚度为180nm～220nm；

所述负极薄膜的厚度为180nm～220nm；

所述正极薄膜的材料包括W-5Re、Pt-10Rh以及Pt-13Rh中的至少一种；所述负极薄膜的材料包括W-26Re和Pt中的至少一种；所述保护膜的材料包括SiC、AlN以及Al₂O₃中的至少一种；

所述保护膜上设有正极通孔和负极通孔，所述正极通孔位于所述正极焊盘的上方以用于露出所述正极焊盘，所述负极通孔位于所述负极焊盘的上方以用于露出所述负极焊盘；

所述保护膜的厚度为80nm～120nm。

2.如权利要求1所述的内埋式薄膜热电偶，其特征在于，所述电极薄膜远离所述电极槽槽底的表面与所述电极槽的槽口平齐。

3.如权利要求1所述的内埋式薄膜热电偶，其特征在于，所述正极对接部和所述负极对接部搭接形成所述热电偶接点。

4.如权利要求3所述的内埋式薄膜热电偶，其特征在于，所述正极对接部和所述负极对接部搭接的长度为45μm～55μm。

5.如权利要求1所述的内埋式薄膜热电偶，其特征在于，所述正极薄膜和所述负极薄膜连接形成U型形状。

6.如权利要求1～5中任一项所述的内埋式薄膜热电偶，其特征在于，所述电极槽的深度为180nm～220nm；和/或，

所述基底的厚度为360μm～440μm。

7.一种权利要求1～6中任一项所述的内埋式薄膜热电偶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

在基底的表面内凹形成电极槽；

将电极薄膜设于所述电极槽内；所述电极薄膜包括正极薄膜和负极薄膜，所述正极薄膜包括正极焊盘以及自所述正极焊盘向外延伸的正极对接部，所述负极薄膜包括负极焊盘以及自所述负极焊盘向外延伸的负极对接部，所述正极对接部和所述负极对接部对接形成热电偶接点，所述正极焊盘和所述负极焊盘分别用于与外接引线连接；

在所述基底设有所述电极槽的表面形成保护膜。

8.如权利要求7所述的内埋式薄膜热电偶的制备方法，其特征在于，在所述基底的设有所述电极槽的表面形成保护膜之后还包括如下步骤：

在所述保护膜上分别形成正极通孔和负极通孔，以分别露出正极焊盘和负极焊盘。

9.如权利要求7所述的内埋式薄膜热电偶的制备方法，其特征在于，在基底的表面内凹形成电极槽包括如下步骤：

在基底表面涂覆第一掩膜材料，得到涂覆基底；

对所述涂覆基底进行曝光处理和显影处理，使所述第一掩膜材料呈现电极薄膜的图形，然后进行刻蚀处理，以在所述基底的表面内凹形成电极槽。

10.如权利要求7～9中任一项所述的内埋式薄膜热电偶的制备方法，其特征在于，将电极薄膜设于所述电极槽内包括如下步骤：

在基底表面涂覆第二掩膜材料，通过曝光处理和显影处理，露出用于供形成正极薄膜和负极薄膜其中之一的电极槽区域，然后通过在该电极槽区域内镀膜以对应形成正极薄膜或负极薄膜；

去除基底表面剩余的第二掩膜材料；

在基底表面涂覆第三掩膜材料，通过曝光处理和显影处理，露出用于供形成另一电极薄膜的电极槽区域，然后通过在该电极槽区域内镀膜以对应形成该另一电极薄膜。

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