Способ изготовления термопар Советский патент 1982 года по МПК G01K7/02 

I

Изобретение относится к термометрии, а именно к способам изготовления термопар, и может быть использовано в термоэлектрических приборах.

Известен способ изготовления термопар путем сварки встык термоэлектродов из разнородных материалов ГЦ.

Недостатком этого способа является невозможность получения серии термопар с одинаковыми характеристиками из-за попадания в место спая в процессе сварки посторонних примесей .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления термопар, включающий формирование одного из термоэлектродов путем осаждения металлического слоя на диэлектрическую подложку.

Второй термоэлектрод также формируют путем гальванического осаждения слоя металла с некоторым перекрытием по отношению к первому CZ.

Однако известный способ не обес1печивает хорошей воспроизводимости параметров термопар, например, термо-ЭДС, вследствие неизбежного попадания в граничный слой неконтролируемых посторонних примесей из внешней среды, а из-за образования переходных слоев и диффузии примесей размеры граничного слоя, в частности ширина, не 1огут быть

to достаточно малыми.

Цель изобретения - повышение воспроизводимости параметров термопар.

Поставленная цель достигается тем, что на часть поверхности металISлического слоя, образующего один термоэлектрод, наносят защитную маску и осуществляют имплантацию ускоренных ионов до образования в объеме незащищенного слоя второго

30 термоэлектрода.

Формирование одного из электродов термопары предлагаемым сЛособОм позволяет получить резкую границу между

двумя термоэлектродами в объеме одного из них без контакта с окружающей средой и одновременно строго контролируемым образом, благодаря использованию направленных, регулируемых потоков ионов, формировать термоэлектрод с заданными свойствами.

На фиг. 1-3 показана последовательность операций предлагаемогоспособа.

Для изготовления термопары на диэлектрической подложке 1 формируют первый термоэлектрод 2 в виде пленки или фольги металла, затем часть слоя закрывают защитной маской 3 и осуществляют ионную имплантацию до образования второго термоэлектрода с граничным слоем 5. В процессе имплантации ионов, для их более равномерного распределения, обеспечивают снятие зарядов с термоэлектрода.

Сорт ускоренных ионов ограничивается одним условием: работа выхода электронов в образованном граничном слое должна отличаться от работы выхода электронов материала первого электрода, в который внедряют ускоренные ионы. Доза внедряемых ионов определяется величиной необходимой термо-ЭДС и лежит в пределах (представляющих интерес для практических приложений 1 5-ТО®ион/см.

Пример. На подложку из кераМИКИ типа Поликор методом ионноплазменного ВЧ распыления наносят первый термоэлектрод в виде слоя Ti толщиной 50 нм. Затем часть подложки закрьюают фоторезистом типа ФТ 617, а слой Ti для снятия зарядов в процессе имплантации закорачивают с держателем подложки золотой проволокой (не показано).Осуществляют имплантацию ионов азота ,Nq в ускорителе типа Иолла-2 с изменяющейся энергией 20,0 и 50 кэВ и общей дозой t 10 ион/см до формирования второго термоэлектрода в виде нитридной фазы Ti f-If-e

близкой к стехиометрической. Из полученной структуры методом фотолитографии формируют термопары. Термб-ЭДС полученных термопар составляет 8011,0 , разброс параметров термопар не превышает 2% в случае, когда пленка Ti закорочена с держателем и 5-7%, когда не закорочена.

Изобретение, благодаря формированию граничного слоя в объеме термоэлектрода без контакта с внешней средой, обеспечивает высокую воспроизводимость параметре термопар.Размеры граничного слоя при этом могут быть до нескольких десятков ангстрем. Поскольку оба электрода формируются в одном слое методом фотолитографии легко изготовить термопары с шириной электродов в единицы микрон, что позволяет получать за счет повышения степени интеграции высокоэффективные термобатареи.

Формула изобретения

Способ изготовления термопар, включающий формирование одного из термоэлектродов путем осаждения металлического слоя на диэлектрическую подложку, отличающийс я тем, что, с целью повышения воспроизводимости параметров термопар, на часть поверхности металлического слоя, образующего один термоэлектрод, наносят защитную маску и осуществляют имплантацию ускоренных ионов до образования в объеме незащищенного слоя второго термоэлектрода .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Бы1 ковский Р.В. Контактные датчики температуры, М., Металлургия, 1978, с. 82-92.

2.Авторское свидетельство СССР К З997 0, кл. G 01 К 7/02, 1971 (прототип).