超高溫薄膜應(yīng)變計是應(yīng)用于超高溫環(huán)境,對試件進行應(yīng)變測量的微型傳感器,這種傳感器在試件質(zhì)量評估及改進方面起到至關(guān)重要的作用。NASA早在上世紀90年代就開始了超高溫薄膜應(yīng)變計方面的研究,而國內(nèi)對這方面的研究仍然比較滯后。在超高溫薄膜應(yīng)變計的結(jié)構(gòu)中,絕緣層和敏感層是最重要的兩個功能層。本文采用微納米制造技術(shù),對超高溫薄膜應(yīng)變計的絕緣層和敏感層進行了相關(guān)的研究。(1)配制了穩(wěn)定的氧化鋁溶膠,并測試了溶膠的各項物理性質(zhì)。為了避免溶膠制備的薄膜在熱處理過程中開裂,向氧化鋁溶膠中加入氧化鋁納米懸浮液,有效消除了裂紋。(2)探究了沉積高度和液體流速等電射流工藝參數(shù)對薄膜均勻性的影響,確定了最佳的電射流逐層沉積參數(shù)。以100硅片為基底,制備了均勻致密無裂紋的氧化鋁絕緣薄膜。為了降低薄膜表面粗糙度,對薄膜表面進行了拋光處理,有效改善了薄膜表面質(zhì)量。將制備的氧化鋁薄膜在1000℃進行高溫燒結(jié),獲得了高溫穩(wěn)定的α相氧化鋁薄膜。在25-1200℃范圍內(nèi)測試了氧化鋁薄膜的絕緣電阻。結(jié)果表明,在1000℃時氧化鋁薄膜的絕緣電阻值在100KΩ左右,滿足超高溫薄膜應(yīng)變傳感器的測試要求。設(shè)計了氧化鋁溶膠薄膜/氧化鋁混合液薄膜和氮化硅薄膜/氧化鋁混合液薄膜兩種不同的復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)。高溫測試表明,在1200℃,兩種復(fù)合結(jié)構(gòu)的絕緣電阻值分別提高了34%和41%,證明了復(fù)合結(jié)構(gòu)的有效性。(3)利用磁控反應(yīng)濺射在硅基底上制備了氮化鉭薄膜。在保持其他磁控濺射參數(shù)不變的情況下,通過調(diào)節(jié)氮分壓,獲得了不同成分的氮化鉭薄膜。探究了氮分壓對磁控濺射速率、薄膜表面粗糙度、物相結(jié)構(gòu)及電阻率的影響。使用X射線衍射儀測試了氮化鉭薄膜的物相結(jié)構(gòu),利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀測了薄膜的表面和斷面形貌。結(jié)果表明:在2%氮分壓下,薄膜的物相結(jié)構(gòu)為TaN_(0.1),在3%氮分壓下,薄膜的物相結(jié)構(gòu)為Ta_2N,而當?shù)謮涸?-6%的情況下,薄膜的物相結(jié)構(gòu)為TaN。對氮化鉭薄膜進行高溫熱處理。結(jié)果表明,薄膜電阻率的范圍從80-433μΩ.cm提升到了120-647μΩ.cm。在25-600℃范圍內(nèi)測試了3%氮分壓下制備的氮化鉭薄膜的電阻溫度系數(shù)。結(jié)果表明,其電阻溫度系數(shù)為-59ppm/℃。
【學位單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.2;TP212
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 高溫薄膜應(yīng)變計概述
    1.2 絕緣層研究進展
    1.3 敏感層研究進展
    1.4 氮化鉭概述
    1.5 研究內(nèi)容
2 氧化鋁溶膠制備及絕緣薄膜性能表征
    2.1 實驗材料和實驗設(shè)備
        2.1.1 實驗材料
        2.1.2 電射流沉積實驗裝置
        2.1.3 其他實驗裝置
    2.2 氧化鋁溶膠及混合液制備
        2.2.1 氧化鋁溶膠制備
        2.2.2 氧化鋁懸浮液制備
    2.3 氧化鋁溶膠及混合液性質(zhì)測試
    2.4 絕緣層的絕緣電阻測試
    2.5 絕緣薄膜耐壓-溫度測試
    2.6 本章小結(jié)
3 絕緣薄膜制備與測試
    3.1 電射流沉積工藝流程
    3.2 溶膠性質(zhì)對薄膜開裂的影響
    3.3 電射流參數(shù)對薄膜的影響
        3.3.1 沉積高度對薄膜的影響
        3.3.2 液體流量對薄膜的影響
    3.4 氧化鋁薄膜表面形貌及拋光處理
        3.4.1 薄膜表面形貌
        3.4.2 氧化鋁薄膜拋光處理
    3.5 氧化鋁物相結(jié)構(gòu)測試
    3.6 氧化鋁薄膜電性能測試
        3.6.1 氧化鋁薄膜絕緣電阻測試
        3.6.2 薄膜耐壓-溫度特性
    3.7 復(fù)合絕緣薄膜設(shè)計
    3.8 復(fù)合絕緣薄膜制備及絕緣電阻測試
    3.9 本章小結(jié)
4 超高溫TaN敏感層的磁控濺射制備工藝
    4.1 磁控濺射制備氮化鉭敏感層
    4.2 氮分壓對氮化鉭的影響
        4.2.1 氮分壓對濺射速率的影響
        4.2.2 氮分壓對薄膜表面粗糙度的影響
        4.2.3 氮分壓對薄膜物相結(jié)構(gòu)的影響
        4.2.4 氮分壓對薄膜電性能的影響
    4.3 熱處理對氮化鉭薄膜電阻率的影響
    4.4 氮化鉭電阻溫度系數(shù)測試
    4.5 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況
致謝

【參考文獻】

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本文編號：2870660