[发明专利]热传感器和用于制造热传感器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及热传感器以及用于制造热传感器的方法。本发明尤其涉及用于在第一和第二输出端之间提供依赖于温度的输出信号的热传感器。

背景技术

热二极管或热电偶例如作为用于探测热辐射的传感器元件已知。在此，将如下二维阵列用于成像探测器系统，在所述二维阵列中这种用于热辐射的探测器被布置在由多个行和列构成的矩阵中。

出版物US5,554,849A公开了由用于红外辐射的二维检测的热二极管构成的阵列。此外，从出版物US4,558,342A中已知如下探测器阵列，所述探测器阵列将热电偶用作探测器元件。为了提高探测器电压，多个热电偶连续地被连接到所谓的热电堆（Thermopiles）。

在使用成像阵列中的热二极管时可以构成矩阵，其中各个像素能够通过将合适的电压施加在行或者列线上被寻址。为了分析相应的像素以及为了检测二极管上的温度，二极管在此必须主动地被通电。在此，在很多应用情况中，为了提高分辨率，每个像素多个这种热二极管连续地被连接。

而热电偶具有以下优点：所述热电偶由通过热辐射形成的温度差异直接产生电压。因此，与热二极管相比不需要对各个传感器元件主动地通电。然而，为了分析传感器阵列的各个像素，必须针对每个像素将热电偶的两个连接端子与分析电路连接。

因此存在对如下热电偶的需求，所述热电偶能够实现低成本地构建大的传感器阵列。此外，存在对具有被改善的信噪比的热电偶的需求。此外，存在对能够被低成本地制造的热电偶的需求。

发明内容

根据第一方面，本发明创建用于在第一和第二输出端之间提供依赖于温度的输出信号的热传感器，所述热传感器具有场效应晶体管，所述场效应晶体管具有栅极连接端子、源极连接端子和漏极连接端子；所述热传感器具有二极管，所述二极管以一个连接点与场效应晶体管的漏极连接端子连接并且以另一连接点与热传感器的第一输出端连接；并且所述热传感器具有热电发生器，所述热电发生器被设计用于在第一和第二连接点之间提供依赖于温度的电压，其中热电发生器的第一连接点与场效应晶体管的栅极连接端子连接并且热电发生器的第二连接点与场效应晶体管的源极连接端子以及热传感器的第二输出端连接。

根据另一方面，本发明创建用于制造热传感器的方法，所述热传感器在第一和第二输出端之间提供依赖于温度的输出信号，具有如下步骤：提供场效应晶体管，所述场效应晶体管具有栅极连接端子、源极连接端子和漏极连接端子；提供二极管；提供热电发生器，所述热电发生器被设计用于在热电发生器的第一和第二连接点之间提供依赖于温度的电压；将二极管的一个连接点与场效应晶体管的漏极连接端子连接；将二极管的另一连接点与热传感器的第一输出端连接；将热电发生器的第一连接点与场效应晶体管的栅极连接端子连接；以及将热电发生器的第二连接点与场效应晶体管的源极连接端子以及热传感器的第二输出端连接。

本发明的优点

本发明所基于的构思是由热电发生器、诸如热电偶以及场效应晶体管和二极管的组合构成的热传感器。在此，场效应晶体管的栅极电位由热电发生器提供，由此场效应晶体管放大热电发生器的依赖于温度的输出信号。场效应晶体管又与p-n二极管串联，所述二极管能够实现在一个方向上的电流流动，而所述二极管阻断在相反的方向上的电流流动。

通过场效应晶体管对热电发生器的热电压的放大能够实现与如通过纯的热电发生器或者其它依赖于温度的构件在没有放大的情况下能够获得的输出信号相比显著更高的输出信号。

通过二极管与场效应晶体管的串联可以在纯无源矩阵中操控热传感器。这种矩阵中的各个热传感器可以与由热二极管构成的传感器阵列类似地被寻址。与具有热二极管的阵列相比，可以在此通过根据本发明的热传感器产生具有显著改善的信噪比的输出信号。

通过单独地寻址矩阵中的各个热传感器的可能性，通过根据本发明的热传感器除此之外可以有效地、节省空间地以及因此也低成本地构成二维的传感器阵列。与传统的热电偶相比，在此不必分别将每个单个的传感器元件的两个连接端子单独地与分析电路接触。

根据另一种实施方式，热电发生器包括热电偶，所述热电偶具有由具有不同塞贝克（Seebeck）系数的材料构成的至少两个印制导线。基于塞贝克效应的热电发生器表示为操控场效应晶体管的栅极连接端子提供所需的电位的有效的可能性。

根据一种特殊的实施方式，热电发生器包括具有多个热电偶的热电堆。通过多个热电偶的串联，热电发生器的电压信号可以进一步被提高并且因此场效应晶体管特别良好地被操控。