[发明专利]一种新型红外热电堆传感器芯片及制备方法

说明书

本发明属于红外探测领域，涉及一种新型红外热电堆传感器芯片及制备方法。本发明将热电堆与热敏电阻集成在一个芯片上，热敏电阻紧贴热电堆冷结，分布于硅基底四周。在传感器温度受外界影响发生快速变化，传感器热电堆芯片冷热端发生热失衡时，由于热敏电阻紧贴热电堆冷结，仍然能通过热敏电阻准确且无延迟的读取热电堆冷结温度，提高红外热电堆温度测试的稳定性。同时，相对于传统热敏电阻和热电堆两个芯片，集成芯片可以降低封装难度，减小传感器尺寸，降低成本。

技术领域

本发明属于红外探测领域，涉及一种新型红外热电堆传感器芯片及制备方法，将热电堆与热敏电阻集成在一个芯片上，热敏电阻紧贴热电堆冷结，分布于硅基底四周。

背景技术

红外热电堆传感器具有体积小、成本低、稳定性高且与硅半导体工艺兼容性好的优点，使得其在非接触红外测温(耳温枪、额温计等)、智能家电、工业测温与控制、消防等领域得到了广泛的应用。一个完整的红外热电堆传感器须包括：热电堆芯片，红外滤光片，高精度热敏电阻。热电堆芯片是红外热电堆传感器的核心部件，对红外辐射做出响应，产生电荷。热电堆芯片是基于赛贝克效应机理，两种具有不同逸出功的半导体材料相互串接构建的闭环回路(即一对热电偶)，两串接处中温度较高的一端通常被称作“热结”，较低的一端被称作“冷结”，材料中载流子沿着温度梯度降低的方向移动，引起电荷积累在冷结处，此时回路中便有热电势产生，多对热电偶相互串接就结合为一个热电堆。红外滤光片是根据应用，对光谱选择性透过。高精度热敏电阻主要对环境温度进行补偿。传统红外热电堆传感器的热敏电阻与热电堆芯片是相互独立的，由于辐射、对流和传导三种传热方式存在热力学差异，当传感器温度受外界影响发生快速变化时，传感器热堆芯片冷热端会发生热失衡，输出电压出现过冲现象，不利于非接触温度测量应用的稳定性和准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型红外热电堆传感器芯片，以解决传统红外热电堆传感器温度受外界影响发生快速变化时，传感器热堆芯片冷热端会发生热失衡，输出电压出现过冲现象，不利于非接触温度测量应用的稳定性和准确性的问题。

本发明的技术方案如下：一种新型红外热电堆传感器芯片，包括硅基底，在硅基底上设有空腔，在空腔上方设有支撑层并与空腔周围的硅基底相连，在所述支撑层上设有热电堆层。所述热电堆层自内至外包括：热池、热电堆热结、热电堆臂和热电堆冷结。所述热池位于空腔上方的支撑层中心，用于吸收红外辐射。所述热电堆热结位于空腔上方的支撑层上并分布于热池周围，热电堆臂从内向外延伸连接热电堆热结和位于硅衬底四周支撑层上的热电堆冷结，在热电堆冷结的外围设有热敏电阻。

热电堆臂由铝/n型多晶硅(Al/n-poly Si)、铝/p型多晶硅(Al/p-poly Si)或者p/n型多晶硅(p/n-poly Si)构成。

在硅基底上设有空腔，空腔从硅基底底部贯穿至支撑层，或位于支撑层下方，但不贯穿硅基底。

热敏电阻紧贴热电堆冷结，将其与热电堆集成在一个芯片上，位于硅基底四周；热敏电阻材质为多晶硅、铂、镍铬合金、钛酸钡、氧化镍、氧化锰、氧化钴、氧化铜、氧化钒、锰钴镍合金中的一种或组合。

所述的支撑层由从下至上的SiO₂层、Si₃N₄层和SiO₂层组成。

本发明将热电堆与热敏电阻集成在一个芯片上，热敏电阻紧贴热电堆冷结，分布于硅基底四周。在传感器温度受外界影响发生快速变化，传感器热电堆芯片冷热端发生热失衡时，由于热敏电阻紧贴热电堆冷结，仍然能通过热敏电阻准确且无延迟的读取热电堆冷结温度，提高红外热电堆温度测试的稳定性。同时，相对于传统热敏电阻和热电堆两个芯片，集成芯片可以降低封装难度，减小传感器尺寸，降低成本。

附图说明

图1为新型红外热电堆传感器芯片的结构图。

具体实施方式