[实用新型]一种高占空比的热电堆红外探测器芯片

说明书

本实用新型公开了一种高占空比的热电堆红外探测器芯片，涉及红外传感器技术领域，包括基底以及依次设置在基底上的热电堆层、红外吸收层第一电极和第二电极，热电堆层包括周期排布的若干个热偶单元，每个热偶单元包括第一热偶对和两个第二热偶对，并且第一热偶对和一个第二热偶对通过第一冷结端串联相接，一个第二热偶对和另一个第二热偶对通过第一冷结端串联相接，热偶单元之间通过第二冷结端串联相接，第一电极连接热电堆层中的第一个热偶单元的第一热偶对，第二电极连接热电堆层中的最后一个热偶单元的另一个第二热偶对。通过增加第二热偶对使红外探测器芯片的利用率最大化，增大探测器输出电压，提高器件响应率，优化器件性能。

技术领域

本实用新型涉及红外传感器技术领域，尤其是一种高占空比的热电堆红外探测器芯片。

背景技术

热电堆红外探测器广泛应用于医疗、家电、交通等众多领域，其工作原理是利用材料的塞贝克效应，即条状材料其中一端受红外辐射温度上升，另一端保持初始温度不变，当两端处于不同温度时，热端(温度较高端)与冷端(温度较低端)产生电势差，通过测量该输出电压，可计算出冷热端温差，进一步可得到入射红外辐射功率。响应率是衡量热电堆探测器的重要指标，其含义是器件输出电压与入射红外辐射功率的比值，而输出电压与材料本身塞贝克系数、热偶条的对数、结构热导有关，当探测器芯片尺寸、材料一定，在有效的空间内排布更多的热偶条、同时降低结构热导，可增大探测器输出电压，提高器件响应率，优化器件性能。

目前很多热电堆探测器芯片的热偶条1排布成圆形辐射状，如图1所示，相比传统四悬臂梁方形排布方式具有更高的占空比，但圆形辐射状分布受限于内部圆形热端区的面积，在工艺条件一定的情况下，热偶条宽度一定，热偶条的数量已经最大化，无法再增加，但由于辐射状分布的特性，在远离中心热端区域，热偶条的间隙越来越大，导致仍有很大的空间被浪费，无法利用。

实用新型内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种高占空比的热电堆红外探测器芯片。在原有第一热偶对放射状分布的基础上，在放射状第一热偶对的中末段空间，进一步增加第二热偶对，使红外探测器芯片的利用率最大化，增大探测器输出电压，提高器件响应率，优化器件性能。

本实用新型的技术方案如下：

一种高占空比的热电堆红外探测器芯片，红外探测器芯片包括基底以及依次设置在基底上的热电堆层、红外吸收层、第一电极和第二电极；

热电堆层包括周期排布的若干个热偶单元，每个热偶单元包括第一热偶对和两个第二热偶对，并且第一热偶对和一个第二热偶对通过第一冷结端串联相接，一个第二热偶对和另一个第二热偶对通过第一冷结端串联相接，热偶单元之间通过第二冷结端串联相接，第一电极连接第一个热偶单元的第一热偶对，第二电极连接最后一个热偶单元的另一个第二热偶对。

其进一步的技术方案为，第一热偶对包括第一热偶条Ⅰ、第一热偶条Ⅱ和第一热结端，第一热偶条Ⅰ的第一端和第一热偶条Ⅱ的第一端通过第一热结端相连，第一个热偶单元的第一热偶条Ⅱ的第二端作为第一连接点与第一电极相连；第二热偶对包括第二热偶条Ⅰ、第二热偶条Ⅱ和第二热结端，第二热偶条Ⅰ的第一端与第二热偶条Ⅱ的第一端通过第二热结端相连，最后一个热偶单元的另一个第二热偶条Ⅰ的第二端作为第二连接点与第二电极相连；所有第一热偶对以红外探测器芯片的中心为圆心呈放射状设置在基底上，各个第二热偶对穿插放置在第一热偶条Ⅰ和第一热偶条Ⅱ之间，且位于远离红外探测器芯片中心的放射状中末端；在每个热偶单元中，第一热偶条Ⅰ的第二端与一个第二热偶条Ⅰ的第二端通过第一冷结端相连，第二热偶条Ⅱ的第二端与另一个第二热偶条Ⅱ的第二端通过第一冷结端相连，第一端靠近红外探测器芯片的中心，第二端远离红外探测器芯片的中心，且靠近放射状末端。

其进一步的技术方案为，第二冷结端的一端连接第一热偶条Ⅱ的第二端，第二冷结端的另一端连接另一个第二热偶条Ⅰ的第二端。