本發(fā)明專利技術屬于紅外探測領域，涉及一種新型紅外熱電堆傳感器芯片及制備方法。本發(fā)明專利技術將熱電堆與熱敏電阻集成在一個芯片上，熱敏電阻緊貼熱電堆冷結，分布于硅基底四周。在傳感器溫度受外界影響發(fā)生快速變化，傳感器熱電堆芯片冷熱端發(fā)生熱失衡時，由于熱敏電阻緊貼熱電堆冷結，仍然能通過熱敏電阻準確且無延遲的讀取熱電堆冷結溫度，提高紅外熱電堆溫度測試的穩(wěn)定性。同時，相對于傳統(tǒng)熱敏電阻和熱電堆兩個芯片，集成芯片可以降低封裝難度，減小傳感器尺寸，降低成本。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種新型紅外熱電堆傳感器芯片及制備方法
本專利技術屬于紅外探測領域，涉及一種新型紅外熱電堆傳感器芯片及制備方法，將熱電堆與熱敏電阻集成在一個芯片上，熱敏電阻緊貼熱電堆冷結，分布于硅基底四周。
技術介紹
紅外熱電堆傳感器具有體積小、成本低、穩(wěn)定性高且與硅半導體工藝兼容性好的優(yōu)點，使得其在非接觸紅外測溫(耳溫槍、額溫計等)、智能家電、工業(yè)測溫與控制、消防等領域得到了廣泛的應用。一個完整的紅外熱電堆傳感器須包括：熱電堆芯片，紅外濾光片，高精度熱敏電阻。熱電堆芯片是紅外熱電堆傳感器的核心部件，對紅外輻射做出響應，產生電荷。熱電堆芯片是基于賽貝克效應機理，兩種具有不同逸出功的半導體材料相互串接構建的閉環(huán)回路(即一對熱電偶)，兩串接處中溫度較高的一端通常被稱作“熱結”，較低的一端被稱作“冷結”，材料中載流子沿著溫度梯度降低的方向移動，引起電荷積累在冷結處，此時回路中便有熱電勢產生，多對熱電偶相互串接就結合為一個熱電堆。紅外濾光片是根據(jù)應用，對光譜選擇性透過。高精度熱敏電阻主要對環(huán)境溫度進行補償。傳統(tǒng)紅外熱電堆傳感器的熱敏電阻與熱電堆芯片是相互獨立的，由于輻射、對流和傳導三種傳熱方式存在熱力學差異，當傳感器溫度受外界影響發(fā)生快速變化時，傳感器熱堆芯片冷熱端會發(fā)生熱失衡，輸出電壓出現(xiàn)過沖現(xiàn)象，不利于非接觸溫度測量應用的穩(wěn)定性和準確性。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的在于提供一種新型紅外熱電堆傳感器芯片，以解決傳統(tǒng)紅外熱電堆傳感器溫度受外界影響發(fā)生快速變化時，傳感器熱堆芯片冷熱端會發(fā)生熱失衡，輸出電壓出現(xiàn)過沖現(xiàn)象，不利于非接觸溫度測量應用的穩(wěn)定性和準確性的問題。本專利技術的技術方案如下：一種新型紅外熱電堆傳感器芯片，包括硅基底，在硅基底上設有空腔，在空腔上方設有支撐層并與空腔周圍的硅基底相連，在所述支撐層上設有熱電堆層。所述熱電堆層自內至外包括：熱池、熱電堆熱結、熱電堆臂和熱電堆冷結。所述熱池位于空腔上方的支撐層中心，用于吸收紅外輻射。所述熱電堆熱結位于空腔上方的支撐層上并分布于熱池周圍，熱電堆臂從內向外延伸連接熱電堆熱結和位于硅襯底四周支撐層上的熱電堆冷結，在熱電堆冷結的外圍設有熱敏電阻。熱電堆臂由鋁/n型多晶硅(Al/n-polySi)、鋁/p型多晶硅(Al/p-polySi)或者p/n型多晶硅(p/n-polySi)構成。在硅基底上設有空腔，空腔從硅基底底部貫穿至支撐層，或位于支撐層下方，但不貫穿硅基底。熱敏電阻緊貼熱電堆冷結，將其與熱電堆集成在一個芯片上，位于硅基底四周；熱敏電阻材質為多晶硅、鉑、鎳鉻合金、鈦酸鋇、氧化鎳、氧化錳、氧化鈷、氧化銅、氧化釩、錳鈷鎳合金中的一種或組合。所述的支撐層由從下至上的SiO2層、Si3N4層和SiO2層組成。本專利技術將熱電堆與熱敏電阻集成在一個芯片上，熱敏電阻緊貼熱電堆冷結，分布于硅基底四周。在傳感器溫度受外界影響發(fā)生快速變化，傳感器熱電堆芯片冷熱端發(fā)生熱失衡時，由于熱敏電阻緊貼熱電堆冷結，仍然能通過熱敏電阻準確且無延遲的讀取熱電堆冷結溫度，提高紅外熱電堆溫度測試的穩(wěn)定性。同時，相對于傳統(tǒng)熱敏電阻和熱電堆兩個芯片，集成芯片可以降低封裝難度，減小傳感器尺寸，降低成本。附圖說明圖1為新型紅外熱電堆傳感器芯片的結構圖。具體實施方式以下對本專利技術的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本專利技術，并非用于限定本專利技術的范圍。實施例1本專利技術實施例1公開的一種新型紅外熱電堆傳感器芯片，將熱電堆與熱敏電阻集成在一個芯片上，熱敏電阻緊貼熱電堆冷結，分布于硅基底四周。即使當傳感器溫度受外界影響發(fā)生快速變化時，傳感器熱電堆芯片冷熱端發(fā)生熱失衡，仍然能通過熱敏電阻準確且無延遲的讀取熱電堆冷結溫度，從而提高傳感器非接觸溫度測量應用的穩(wěn)定性和準確性。所述一種新型紅外熱電堆傳感器芯片制備流程為：步驟1：在硅基底上，利用化學汽相沉積(PECVD)、電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或磁控濺射等薄膜工藝沉積一層SiO2，形成支撐層1.1。步驟2：在支撐層1.1上，利用化學汽相沉積(PECVD)、電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或磁控濺射等薄膜工藝沉積一層Si3N4，形成支撐層1.2。步驟3：在支撐層1.2上，利用化學汽相沉積(PECVD)、電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或磁控濺射等薄膜工藝沉積一層SiO2，形成支撐層1.3。支撐層1.1，1.2，1.3構成一個完整的支撐層。步驟4：在支撐層上，利用化學汽相沉積(PECVD)、電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或磁控濺射等薄膜沉積工藝與反應離子刻蝕(RIE)薄膜刻蝕工藝，制備第三部分熱電堆。步驟5：在熱電堆上，利用化學汽相沉積(PECVD)、電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或磁控濺射等薄膜沉積工藝沉積一層SiO2，形成絕緣層1。步驟6：在絕緣層上，利用磁控濺射法沉積一層鉑金屬，并按照版圖進行刻蝕，得到緊貼熱電堆冷結的熱敏薄膜電阻。步驟7：在熱敏電阻上，利用化學汽相沉積(PECVD)、電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或磁控濺射等薄膜沉積工藝沉積一層SiO2，形成絕緣層2。步驟8：在硅基底背面，利用化學濕法腐蝕的方法，腐蝕硅基底，形成微絕熱腔體即空腔。實施例2本專利技術實施例1公開的一種新型紅外熱電堆傳感器芯片，將熱電堆與熱敏電阻集成在一個芯片上，熱敏電阻緊貼熱電堆冷結，分布于硅基底四周。即使當傳感器溫度受外界影響發(fā)生快速變化時，傳感器熱電堆芯片冷熱端發(fā)生熱失衡，仍然能通過熱敏電阻準確且無延遲的讀取熱電堆冷結溫度，從而提高傳感器非接觸溫度測量應用的穩(wěn)定性和準確性。所述一種新型紅外熱電堆傳感器芯片制備流程為：步驟1：在硅基底上，利用化學汽相沉積(PECVD)、電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或磁控濺射等薄膜工藝沉積一層SiO2，形成支撐層1.1。步驟2：在支撐層1.1上，利用化學汽相沉積(PECVD)、電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或磁控濺射等薄膜工藝沉積一層Si3N4，形成支撐層1.2。步驟3：在支撐層1.2上，利用化學汽相沉積(PECVD)、電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或磁控濺射等薄膜工藝沉積一層SiO2，形成支撐層1.3。支撐層1.1，1.2，1.3構成一個完整的支撐層。步驟4：在支撐層上，利用化學汽相沉積(PECVD)、電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或磁控濺射等薄膜沉積工藝與反應離子刻蝕(RIE)薄膜刻蝕工藝，制備第三部分熱電堆。步驟5：在熱電堆上，利用化學汽相沉積(PECVD)、電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或磁控濺射等薄膜沉積工藝沉積一層SiO2，形成絕緣層1。步驟6：在絕緣層上，利用磁控濺射法沉積一層Mn-Co-Ni-O合金薄膜，并按照版圖進行刻蝕，得到緊貼熱電堆冷結的熱敏薄膜電阻。步驟7：在熱敏電阻上，利用化學汽相沉積(PECVD)、電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)或磁控濺射等薄膜沉積工藝沉積一層SiO2，形成絕緣層2。步驟8：在硅基底正面，利用干法刻蝕的方法，刻蝕硅基底，形成微絕熱腔體即空腔。以上所述，僅是本專利技術的較佳實施例而已，并非對本專利技術作任何形式上的限制，雖然本本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種新型紅外熱電堆傳感器芯片，包括硅基底，在硅基底上設有空腔，在空腔上方設有支撐層并與空腔周圍的硅基底相連，在所述支撐層上設有熱電堆層；所述熱電堆層自內至外包括：熱池、熱電堆熱結、熱電堆臂和熱電堆冷結；所述熱池位于空腔上方的支撐層中心，用于吸收紅外輻射；所述熱電堆熱結位于空腔上方的支撐層上并分布于熱池周圍，熱電堆臂從內向外延伸連接熱電堆熱結和位于硅襯底四周支撐層上的熱電堆冷結，其特征在于，在熱電堆冷結的外圍設有熱敏電阻。/n
【技術特征摘要】
1.一種新型紅外熱電堆傳感器芯片，包括硅基底，在硅基底上設有空腔，在空腔上方設有支撐層并與空腔周圍的硅基底相連，在所述支撐層上設有熱電堆層；所述熱電堆層自內至外包括：熱池、熱電堆熱結、熱電堆臂和熱電堆冷結；所述熱池位于空腔上方的支撐層中心，用于吸收紅外輻射；所述熱電堆熱結位于空腔上方的支撐層上并分布于熱池周圍，熱電堆臂從內向外延伸連接熱電堆熱結和位于硅襯底四周支撐層上的熱電堆冷結，其特征在于，在熱電堆冷結的外圍設有熱敏電阻。
2.如權利要求1所述的一種新型紅外熱電堆傳感器芯片，其特征在于，所述熱電堆臂由鋁/n型多晶硅(Al/n-polySi)、鋁/p型多晶硅(Al/p-polySi)或者p/n型多晶硅(p/n-polySi)構成。
3.如權利要求1所述的一種新型紅外熱電堆傳感器芯片，其特征在于，在硅基底上設有空腔，空腔從硅基底底部貫穿至支撐層，或位于支撐層下方，但不貫穿硅基底。
4.如權利要求1所述的一種新型紅外熱電堆傳感器芯片，其特征在于，熱敏電阻緊貼熱電堆冷結，將其與熱電堆集成在一個芯片上，位于硅基底四周；熱敏電阻材質為多晶硅、鉑、鎳鉻合金、鈦酸鋇、氧化鎳、氧化錳、氧化鈷、氧化銅、氧化釩、錳鈷鎳合金中的一種或組合。
5.如權利要求1所述的一種新型紅外熱電堆傳感器芯片，其特征在于，所述的支撐層由...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：黃清偉，候海港，
申請(專利權)人：上海格斐特傳感技術有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31
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