[发明专利]热堆式红外线传感器及其制造方法

说明书

本发明涉及热堆式红外线传感器及其制造方法，详细地说涉及采用改善传感器的热电偶图形构造的办法实现S/N比的提高的热堆式红外线传感器，及改善其制造时的成品率的热堆式红外线传感器的制造方法。

一般说，热型红外线传感器的热平衡式，可以表示如下。

[式1]

C·δT/dt+G·δT＝W……(1)

其中，C是热容量，δT是受光部分温度变化，G是受光部分和周围之间的热导，W是受光功率。在受光功率W按W＝W0exp(jωt)变化时，δT可表示如下。

[式2]

|δT|＝W₀/G(1+τ²ω²)^1/2……(2)

其中，热时间常数τ可以表示如下。

τ≡C/G……………(3)

由上式可知，要想使热型红外线传感器的响应特性增大(减小热时间常数)，就必须减小热容量C，增大热导G。但是，如果G增大，则对于同一受光功率，受光温度变化δT就要减小，灵敏度降低。因此，要想提高热型红外线传感器的灵敏度或响应特性，就必须减小G，且还要进一步减小C。从这样的观点可知，热堆式红外线传感器的灵敏度和响应特性，应当把配置有热接点的感热部分作成为由数微米的厚度构成的隔膜构造，使得其热容量C和衬底之间的热导G减小，以便实现其热特性的提高。

此外，热堆式红外线传感器等的热电元件的性能指数Z可以表示如下。

[式3] Z = α 2 · σ / λ ∞ m * 3 / 2 ( μ / λ L ) - - - - ( 4 ) ]]>

其中，α是塞贝克系数，σ是电导率，λ是热传导率

m^*是电子或空穴的有效质量，μ是载流子的迁移率

λ_L是晶格热传导率

就是说，要想提高热电元件的电性能。由上式可知，就必须增大塞贝克系数α，减小热传导率λ。因此，作为热电材料，可以使用与金属比较性能指数Z大的半导体材料。

另一方面，作为热电材料的n型硅的塞贝克系数α，可以表示如下。

[式4]

α＝(V_F/T+2k/q)…………(5)

其中，V_F是导带底与费米能级之间的能量差，

T是绝对温度，k是玻尔兹曼常数，q是电子电荷

此外，V_F与导电率σ之间的关系，可以表示如下。

[式5]

σ＝q·n·μ……………(6)

其中，n是载流子个数，μ是载流子的迁移率。

[式6]

n＝Nc/[exp(V_F/kT)]………(7)

其中，Nc是导带的有效状态密度

(参考文献：半导体器件，S.M.Sze著)

因此，导电率σ可以表示如下。

[式7]

σ＝q·Nc·μ/exp(V_F/kT)……(8)