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自然界和生产过程中，存在着大量的热量传递问题。随着现代科学技术的发展，仅把温度作为热量传递的唯一信息已远远不够。因此，热流检测理论和技术越发受到重视，相应的热流传感器也得到了较大的发展和广泛的应用。



现有的热流传感器虽能够满足工农生产及日常生活中热流密度的一般测量需求，但其耐热温度和测量量程普遍较低，通常在1000℃和1MW/m2以下，而且其尺寸较大，响应时间较长，最快也只有ms量级。因此，在诸如航空、航天发动机等超高温、大热流的恶劣环境中，现有的热流传感器难以实现快速、准确的测量。

采用MEMS技术制造的热电堆型热流器件具有体积小、结构简单、响应速度快等得天独厚的优势，但面临超高工作温度、大热流的难题，材料的选择尤为重要。SiC（碳化硅）作为一种宽带隙半导体，具有高熔点、高热导率、高载流子迁移率和高击穿电压，是高温传感器件的理想材料。目前已经开发出基于SiC的高温微加热器和流量传感器，但基于SiC的高温热流传感器尚未有报道。



4H-SiC单晶薄膜材料是SiC中熔点更高、热导率更高的材料，采用4H-SiC热电材料制造大热流器件可充分利用其高温稳定性好、热导率大的特点，在提高热稳定性的同时，实现快速加热和冷却，从而使其在超高温环境中的应用成为可能。



因此，无论从工业生产需求还是技术发展趋势，开发一种快速响应、性能稳定的基于SiC热电材料的高温热流传感器具有重要的意义。



【推荐发明专利】



《一种基于SiC热电材料的高温热流传感器》



【发明内容】



本发明的目的在于提供一种基于SiC热电材料的高温热流传感器及其制备方法，用于实现航空航天、冶金等高温恶劣环境中热流密度的快速、准确测量。

本发明基于SiC热电材料的高温热流传感器的立体结构示意图



本发明采用MEMS技术制造热流器件，具有体积小、响应速度快等得天独厚的优势，同时采用简单的热电堆敏感结构，制备过程简单、可控性强，与现行成熟的半导体工艺具有良好的兼容性。



另外，通过离子束剥离与转移技术将材料的制备工艺温度降低，方便实现SiC单晶薄膜的制备，与此同时，该方法还具有以下两点优势：1）离子注入剥离转移的薄膜具有SiC体材料的单晶质量；2）SiC体单晶可以循环剥离薄膜，降低材料成本。



本发明采用具有优异高温性能的单晶SiC作为热电材料，制造P-SiC/N-SiC热电堆，在满足高温稳定性的条件下，利用半导体工艺建立低应力支撑薄膜，降低器件的热容，减小器件的响应时间，同时增大热电堆热端和冷端的温差，从而利于实现高温大热流环境下热流密度的快速、精确测量。

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