[实用新型]一种微型桥式红外测温传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种微型桥式红外测温传感器。

背景技术

红外线是一种人眼不可见光线，它包含了物体的温度信息。通过测量物体的红外辐射，可以测量物体表面温度。热电堆红外线温度传感器是一种常见的红外测温传感器，它是基于赛贝克效应（Seebeck effect）原理工作的。塞贝克效应是指两种不同材料组成的热偶，如果闭合回路之间的两个节点之间存在温度差，就会在温度中产生电动势。早期的热电堆红外温度传感器是将热偶材料沉积在塑料或者氧化铝衬底之上获得的。随着MEMS技术的发展，各种MEMS红外线温度传感器开始崭露头角。现有热电堆红外测温传感器市场产品的热偶材料一般采用赛贝克系数较高的Bi-Sb、Bi-Ag或者Bi-Te材料，这类材料虽然具有较高的赛贝克系数，但其制作工艺与标准CMOS工艺不兼容，难以与处理电路单片集成。其次，现有热电堆测温传感器市场产品多采用背向腐蚀技术，需要双面对准光刻，对设备要求高，工艺复杂。最关键的是，背面腐蚀完毕后，由于部分硅衬底被刻穿造成应力集中，硅衬底很容易从刻穿处破损，器件成品率不高。

为解决该问题，国内外诸多研究机构也在寻找可行的解决方案。中国发明专利（申请号：00116388.4）提出了一种解决方法，该方法核心为采用正面光刻和湿法腐蚀技术，制造出悬臂结构。热电堆制作在悬臂结构之上，热偶材料选用绝缘体上掺杂单晶硅（SOI）和铝薄膜。相对于现有产品，该方法可有效解决工艺兼容和背面腐蚀成品率不高难题。但仍然存在不足：首先，该专利热偶材料选用掺杂单晶硅和Al薄膜，与多晶硅相比，单晶硅虽然具有高的赛贝克系数，但SOI衬底成本较高，不利于器件进一步降低成本。其次，该发明利用湿法腐蚀（TMAH或者KOH）腐蚀硅衬底，湿法腐蚀衬底防护难度较大，可控性也难以得到保证。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种微型桥式红外测温传感器。该微机械热电堆红外温传感器全部采用CMOS材料制作，制造工艺与CMOS工艺完全兼容，可以在通用集成电路代工厂加工制作。其次，本发明采用等离子体干法刻蚀技术，利用等离子刻蚀的各向同性特性进行硅衬底刻蚀，具有高度可控性好，器件成品率高等诸多优点。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种微型桥式红外测温传感器，它采用桥式结构，包括硅衬底和设置在硅衬底上的微桥，微桥的传感器光敏区悬浮设置在硅衬底被刻蚀后形成的空腔之上，热电堆热端位于微桥中心区域，冷端位于硅衬底热沉之上，微桥包括由内向外依次设置的由氧化硅薄膜和氮化硅薄膜制成的支撑层、掺杂多晶硅和Al薄膜制成的Al-Si热电偶和氮化硅制成的钝化层，微桥的传感器光敏区外表面设有红外线吸收层，掺杂多晶硅和Al薄膜之间设有隔离介质层，微桥上设有刻蚀孔。

进一步的，掺杂多晶硅为P型或N型。

进一步的，隔离介质层采用掺杂氧化硅薄膜或氮化硅薄膜。

进一步的，红外线吸收层采用氮化硅薄膜、黑金、聚酰亚胺或聚对二甲苯制成。

进一步的，红外线吸收层厚度为0.05～0.5微米，红外线吸收层对红外线辐射的吸收效率为90%以上。

本实用新型的有益效果是：

（1）测温传感器采用CMOS工艺中的掺杂多晶硅-Al作为器件热偶材料，敏感材料与大规模集成电路工艺完全兼容，传感器部分工艺可以在通用大规模集成电路代工厂加工制作；

（2）由于加工工艺与集成电路工艺兼容，该传感器可以与处理电路单片集成，制作智能型红外测温传感器；

（3）在传感器光敏区制作了一层黑金红外线吸收层，可提高器件红外利用效率。

附图说明

图1为本实用新型俯视图；

图2为本实用新型剖视图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、硅衬底，2、空腔，3、氧化硅薄膜，4、氮化硅薄膜，5、掺杂多晶硅，6、隔离介质层，7、AL薄膜，8、钝化层，9、红外线吸收层，10、刻蚀孔。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。