Тензорезистивный материал

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 970487Опубликовано 30.10.82. Бюллетень40Дата опубликования описания 05.11.82 по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения А. И. Василевский, Б. Н. Гулько и Ю. В, Соколов Новосибирский электротехнический институз:ч(54) ТЕНЗОРЕЗИСТИВНЫЙ МАТЕРИАЛ 1Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при производстве тензометрических преобразователей.Известно использование материалов, содержащих в своем составе никель, например манганин, %: 60 Си; 20 %; 20 Мп, для изготовления металлопленочных тензорезисторов.Образцы из указанного материала, нанесенного методом термического испарения, имеют низкий температурный коэффициент сопротивления ТКС - 1 10 К и коэффициент тензочувствительности - 2, характерный для большинства металлов и сплавов в пленочном состоянии 1.Однако тензорезисторы из манганина работоспособны в узком интервале температур, Трб = - 50 С - +80 С, что объясняется присутствием в материале меди и марганца. Эти металлы легко окисляются и имеют низкую температуру структурно-фазовых превращений, При температуре выше +100 материал меняет свои электрофизические характеристики.Известно также применение материалов для изготовления тензорезисторов, в составе которых, кроме никеля, содержится хром (сплавы типа нихрома).Содержание хрома в этих материалах20 - 50%, остальное никель. ТКС тензорезисторов из ни хрома не превышает 1 - 3 10 К , при поверхностном сопротивлении = 80 - 300 Ом/кв. Введение хрома в состав материала обеспечивает создание защитной пленки на поверхности тензорезистора в процессе стабилизирующих 10отжигов. Во время отжига хром диффундирует к поверхности пленки и образует пассивирующий слой окиси хрома, препятствующий дальнейшему окислению 2.Недостатком тензорезисторов указанногосостава является невысокая стабильностьэлектрофизических характеристик в области высоких температур. Это объясняется тем, что с повышением температуры в материале тензорезистора протекают структурно-фазовые превращения, особенно при большом содержании хрома, ведущие к из О менению параметров образца.К стабильности параметров пленочныхтензорезисторов предъявляются более жесткие требования по сравнению с аналогичными требованиями, предъявляемыми к пле,Р Ом/кв,с(,=ЙОО А Изменение электрофизическихи структурных параметров приотжиге (Т = 250 С,= 100 ц),о,ТКС10 Коэффициент тенМатериал Материал зочувствительТКС 5 О ности 50-70 1-3 2-2,2 90 2 12-14 1 60-80 МСг М 1 ИСгТЬ 80-100 1-3 2,1-2,Й 50 0,6-0,8 3-5 10-15 формула изобретения ночным резисторам. Причина столь высоких требований обусловлена тем, что в большинстве случаев в измерительной технике используются несколько тензорезисторов, соединенных по схеме полумоста (два тензорезистора) или полного моста (четы ре тензорезистора) .Согласно ГОСТУ 15077-78 начальный разбаланс тензорезистивной схемы не должен превышать 4 10 %. Следовательно, в процессе работы при повышенных температурах необходимо добиться минимального изменения всех электрофизических параметров каждого из тензорезисторов. Температурный дрейф нуля схемы определяется разностью ТКС в плечах мостовой схемы, поэтому основное внимание должно быть уделено стабильности р и ТКС тензорезисторов. Цель изобретения - повышение стабильности электрофизических параметров материала в области высоких температур.Поставленная цель достигается тем, что 20 материал, содержащий никель и хром, дополнительно содержит вольфрам и тербий при следующем количественном соотношении компонентов, ат. %:Вольфрам 5 с 65Никель 2 Ь - 3525Хром 5 - 10Тербий 3 - 5Нанесение пленки материала осуществ ляется методом ВЧ-распыления на частоте 13,56 МГц в плазме аргона. Давление плазфо мообразующего газа в процессе напыления поддерживается на уровне 4 1 0 Па. Перед подачей в рабочую камеру аргон очищается от примесей активных газов и паров воды пропусканием через нагреваемую ловушку, заполненную медной стружкой с последующим протоком через азотоохлаждаемую ловушку. Рабочая камера перед подачей аргона откачивается до давления 3 10 1 Па. Тензорезистивный материал, содержа щий никель и хром, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности электрофизических параметров материала в об 4Распыление проводится с составных сегментарных мишеней. Мишень состоит изсегмейтов металлов, входящих в распыляемый материал. Площадь каждого из ме-,таллов на поверхности мишени беретсяс учетом его содержания в материале и коэффициента катодного распыления металлаионами аргона на рабочем напряжении.Использование составных мишеней избавляет от необходимости получения сплавовс различным содержанием компонент, длянахождения опти мального состава материала, что является сложной металлургической задачей.Напряжение смещения на катоде в процессе напыления составляет 2,5 кВ, температура подложки Т= 350 С. толщина получаемых тензорезистивных пленок 400 А .Сра внение стабильности электрофиз ических параметров тензорезисторов из предлагаемого материала и материала прототипа приведено в табл. 7, где 0 - диаметрзерна кристаллита, 5 - коэффициент тензочувствительности,Как следует из таблицы, тензорезистивный материал предлагаемого состава, имеяэлектрофизические параметры не ниже материала прототипа, отличается значительнобольшей стабильностью этих параметров.Вольфрам в предлагаемом материале является температуростойкой основой композиции, Как показали электронографическиеисследования в процессе отжига, изменение размера зерна в предлагаемом материале не превышает 10%, в то время каку материала прототипа эти изменения достигают 60 - 80%.Высокая структурная стабильность, полученная за счет введения тербия при использовании вольфрама в качестве основысплава позволяет значительно повыситьстабильность электрофизических параметров пленочных тензорезисторов предлагаемого состава. ласти высоких температур, он дополнительно содержит вольфрам и тербий при следующем количественном соотношении компонентов, (ат. %):Вольфрам 55 - 65 Никель 25 - 35970487 Составитель Е. Ковалева Редактор А. Власенко Техред И. Верес Корректор Г. Огар Заказ 7412/66 Тираж 761 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4Хром 5 - 10Тербий 3 - 5Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Ма 1 ег 1 а 1 ргц 1 цпд, 1976, 18, 6,с. 207 - 22.2. Патент США4104605, кл. 338/2,1978 (прототип).