悬臂梁热电堆及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种悬臂梁热电堆及其制备方法。其包括热电堆单体，所述热电堆单体包括衬底以及红外敏感体结构；红外敏感体结构包括器件支撑层、热绝缘层、吸收层以及包裹于热绝缘层与吸收层内的热偶，所述热偶包括若干交替排布的N型热电材料体以及P型热电材料体，所述N型热电材料体与P型热电材料体通过热电材料连接体依次串接；在所述衬底内的上部设置衬底腔，所述衬底腔从衬底的正面向所述衬底的背面方向延伸；位于所述衬底腔正上方的热偶形成热电堆热端区，位于所述衬底腔外的热偶形成热电堆冷端区。本发明专利技术结构紧凑，采用悬臂梁结构，降低热导，提高了热电堆的性能，制备工艺与现有IC工艺兼容，降低工艺复杂度以及制备成本，安全可靠。

【技术实现步骤摘要】
悬臂梁热电堆及其制备方法
本专利技术涉及一种热电堆及其制备方法，尤其是一种悬臂梁热电堆及其制备方法。
技术介绍
市面上主要流通的热电堆产品多采用封闭膜结构，主要是由于封闭膜结构的热电堆产品制备工艺相对简单，但性能比较低。此外，现有的悬臂梁热电堆，具体制备工艺主要采用背腔释放工艺，利用正面保护做背面深硅刻蚀，释放过程中容易出现漏真空、机台宕机、晶圆破膜的问题。正面释放采用XeF气体时，释放角度不易控制，且释放后需去除正面保护胶，工艺步骤繁琐。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种悬臂梁热电堆及其制备方法，其结构紧凑，采用悬臂梁结构，降低热导，能提升热电堆的性能，制备工艺与现有IC工艺兼容，降低工艺复杂度以及制备成本，安全可靠。按照本专利技术提供的技术方案，所述悬臂梁热电堆，包括热电堆单体，所述热电堆单体包括衬底以及设置于所述衬底正面上方的红外敏感体结构；所述红外敏感体结构包括位于衬底正面的器件支撑层、位于所述器件支撑层上的热绝缘层、位于所述热绝缘层上的吸收层以及包裹于热绝缘层与吸收层内的热偶，所述热偶包括若干交替排布的N型热电材料体以及P型热电材料体，所述N型热电材料体与P型热电材料体通过热电材料连接体依次串接；在所述衬底内的上部设置衬底腔，所述衬底腔从衬底的正面向所述衬底的背面方向延伸；位于所述衬底腔正上方的热偶形成热电堆热端区，位于所述衬底腔外的热偶形成热电堆冷端区。所述器件支撑层为氧化硅、氮化硅或氧化硅-氮化硅-氧化硅的复合层；器件支撑层的厚度为所述热绝缘层包括氧化硅层，所述热绝缘层的厚度为吸收层包括氮化硅层、黑金、炭黑、石墨烯或PI纳米森林，所述吸收层的厚度为热电材料连接体的材料包括Al、Ti、Ni、AlCu、AlCr、NiCu、AlTi、AlSi或CrAu。对所述吸收层以及热绝缘层刻蚀得到的衬底释放口，利用所述衬底释放口对衬底进行湿法腐蚀时，以在衬底内的上部制备得到衬底腔；所述衬底腔的深度为150μm～350μm；所述湿法腐蚀的液体包括TMAH溶液或KOH溶液。在衬底上同时制备多个红外敏感体结构，以通过所述红外敏感体结构与衬底配合能得到多个热电堆单体，且得到的多个热电堆单体呈阵列分布；当多个热电堆单体呈阵列分布时，在衬底上还同时制备与热电堆单体数量相一致的MOSFET器件，且在衬底上方还设置偏置电压连接体、MOS器件选通连接组以及输出电压连接组，其中，热电堆单体与MOSFET器件间呈一一对应连接，MOS器件选通连接组内器件选通连接体的数量与阵列中的列数相一致，输出电压连接组内输出电压连接体的数量与阵列中的行数相一致；所有热电堆单体的负极端与偏置电压连接体连接，热电堆单体的正极端与所对应MOSFET器件的漏极端电连接；同一列MOSFET器件的栅极端与MOS器件选通连接组内相应的器件选通连接体电连接，同一行MOSFET器件的源极端与输出电压连接组内相应的输出电压连接体电连接。所述偏置电压连接体、MOS器件选通连接组与热电材料连接体为同一工艺步骤形成；输出电压连接组通过溅射工艺设置在衬底正上方，输出电压连接组的材料包括CrAu，输出电压连接组内输出电压连接体的厚度为所述N型热电材料体包括N型热电冷端部、N型热电过渡部以及N型热电热端部，N型热电热端部位于衬底腔的正上方，所述N型热电热端部通过N型热电过渡部与N型热电冷端部连接，所述N型热电热端部的宽度大于N型热电冷端部的宽度，所述P型热电材料体包括P型热电热端部以及P型热电冷端部，P型热电热端部位于衬底腔的正上方，P型热电热端部的宽度大于P型热电冷端部的宽度；N型热电材料体能与相邻的P型热电材料体构成热电偶对，对组成热电偶对的N型热电材料体与P型热电材料体，N型热电材料体内的N型热电热端部与P型热电材料体内的P型热电热端部相互平行，且N型热电材料体内的N型热电冷端部与P型热电材料体内的P型热电冷端部相互平行，且N型热电材料体内的N型热电热端部与P型热电材料体内的P型热电热端部通过一热电材料连接体电连接。一种悬臂梁热电堆的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：步骤1、提供衬底，并在所述衬底上制备得到器件支撑层；步骤2、在上述器件支撑层上制备若干N型热电材料体以及P型热电材料体，其中，N型热电材料体与P型热电材料体在器件支撑层上交替分布；步骤3、在上述器件支撑层上制备热绝缘层，通过热绝缘层能将所有的N型热电材料体、P型热电材料体压盖在器件支撑层上；步骤4、对上述的热绝缘层进行刻蚀，以得到热电材料体间连接孔；步骤5、在上述热绝缘层上方溅射制备得到热电材料连接体，所述热电材料连接体填充在热电材料体间连接孔内，且通过热电材料连接体能使得交替分布N型热电材料体与P型热电材料体间依次串接，以形成所需的热偶；步骤6、在上述热绝缘层的上方制备吸收层，所述吸收层覆盖在热绝缘层以及热电材料连接体上；步骤7、对上述吸收层以及热绝缘层进行刻蚀，以得到贯通吸收层、热绝缘层以及器件支撑层的衬底释放口，通过衬底释放口能使得与所述衬底释放口对应的衬底正面露出；步骤8、利用衬底释放口对衬底进行所需的湿法腐蚀，以在衬底内的上部得到衬底腔，所述衬底腔与衬底释放口相互连通；其中，衬底与器件支撑层、热偶、热绝缘层、吸收层配合能形成热电堆单体。在衬底上同时制备多个红外敏感体结构，以通过所述红外敏感体结构与衬底配合能得到多个热电堆单体，且得到的多个热电堆单体呈阵列分布；当多个热电堆单体呈阵列分布时，在衬底上还同时制备与热电堆单体数量相一致的MOSFET器件，且在衬底上方还设置偏置电压连接体、MOS器件选通连接组以及输出电压连接组，其中，热电堆单体与MOSFET器件间呈一一对应连接，MOS器件选通连接组内器件选通连接体的数量与阵列中的列数相一致，输出电压连接组内输出电压连接体的数量与阵列中的行数相一致；所有热电堆单体的负极端与偏置电压连接体连接，热电堆单体的正极端与所对应MOSFET器件的漏极端电连接；同一列MOSFET器件的栅极端与MOS器件选通连接组内相应的器件选通连接体电连接，同一行MOSFET器件的源极端与输出电压连接组内相应的输出电压连接体电连接。热电材料连接体的材料包括Al、Ti、Ni、AlCu、AlCr、NiCu、AlTi、AlSi或CrAu；所述偏置电压连接体、MOS器件选通连接组与热电材料连接体为同一工艺步骤形成；输出电压连接组通过溅射工艺设置在衬底正上方，输出电压连接组的材料包括CrAu，输出电压连接组内输出电压连接体的厚度为本专利技术的优点：在衬底内的上部设置衬底腔，利用衬底腔与红外敏感体结构配合能得到悬臂梁的结构，提升整个热电堆的性能；N型热电材料体内的N型热电热端部的宽度大于N型热电冷端部的宽度，P型热电材料体内的P型热电热端部的宽度大于P型热电冷端部的宽度，利用N型热电热端部、P型热电热端部能增加吸收面积，通过N型热电冷端部、P型热电冷端部18能降低惹到，从而进一步提升热电堆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种悬臂梁热电堆，包括热电堆单体，所述热电堆单体包括衬底(1)以及设置于所述衬底(1)正面上方的红外敏感体结构；其特征是：/n所述红外敏感体结构包括位于衬底(1)正面的器件支撑层(2)、位于所述器件支撑层(2)上的热绝缘层(5)、位于所述热绝缘层(5)上的吸收层(9)以及包裹于热绝缘层(5)与吸收层(9)内的热偶，所述热偶包括若干交替排布的N型热电材料体(3)以及P型热电材料体(4)，所述N型热电材料体(3)与P型热电材料体(4)通过热电材料连接体(8)依次串接；/n在所述衬底(1)内的上部设置衬底腔(13)，所述衬底腔(13)从衬底(1)的正面向所述衬底(1)的背面方向延伸；位于所述衬底腔(13)正上方的热偶形成热电堆热端区，位于所述衬底腔(13)外的热偶形成热电堆冷端区。/n

【技术特征摘要】
1.一种悬臂梁热电堆，包括热电堆单体，所述热电堆单体包括衬底(1)以及设置于所述衬底(1)正面上方的红外敏感体结构；其特征是：
所述红外敏感体结构包括位于衬底(1)正面的器件支撑层(2)、位于所述器件支撑层(2)上的热绝缘层(5)、位于所述热绝缘层(5)上的吸收层(9)以及包裹于热绝缘层(5)与吸收层(9)内的热偶，所述热偶包括若干交替排布的N型热电材料体(3)以及P型热电材料体(4)，所述N型热电材料体(3)与P型热电材料体(4)通过热电材料连接体(8)依次串接；
在所述衬底(1)内的上部设置衬底腔(13)，所述衬底腔(13)从衬底(1)的正面向所述衬底(1)的背面方向延伸；位于所述衬底腔(13)正上方的热偶形成热电堆热端区，位于所述衬底腔(13)外的热偶形成热电堆冷端区。


2.根据权利要求1所述的悬臂梁热电堆，其特征是：所述器件支撑层(2)为氧化硅、氮化硅或氧化硅-氮化硅-氧化硅的复合层；器件支撑层(2)的厚度为


3.根据权利要求1或2所述的悬臂梁热电堆，其特征是：所述热绝缘层(5)包括氧化硅层，所述热绝缘层(5)的厚度为吸收层(9)包括氮化硅层、黑金、炭黑、石墨烯或PI纳米森林，所述吸收层(9)的厚度为热电材料连接体(8)的材料包括Al、Ti、Ni、AlCu、AlCr、NiCu、AlTi、AlSi或CrAu。


4.根据权利要求3所述的悬臂梁热电堆，其特征是：对所述吸收层(9)以及热绝缘层(5)刻蚀得到的衬底释放口(12)，利用所述衬底释放口(12)对衬底(1)进行湿法腐蚀时，以在衬底(1)内的上部制备得到衬底腔(13)；所述衬底腔(13)的深度为150μm～350μm；所述湿法腐蚀的液体包括TMAH溶液或KOH溶液。


5.根据权利要求1所述的悬臂梁热电堆，其特征是：在衬底(1)上同时制备多个红外敏感体结构，以通过所述红外敏感体结构与衬底(1)配合能得到多个热电堆单体，且得到的多个热电堆单体呈阵列分布；
当多个热电堆单体呈阵列分布时，在衬底(1)上还同时制备与热电堆单体数量相一致的MOSFET器件(29)，且在衬底(1)上方还设置偏置电压连接体、MOS器件选通连接组以及输出电压连接组，其中，热电堆单体与MOSFET器件(29)间呈一一对应连接，MOS器件选通连接组内器件选通连接体的数量与阵列中的列数相一致，输出电压连接组内输出电压连接体的数量与阵列中的行数相一致；
所有热电堆单体的负极端(19)与偏置电压连接体连接，热电堆单体的正极端(20)与所对应MOSFET器件(29)的漏极端电连接；同一列MOSFET器件(29)的栅极端与MOS器件选通连接组内相应的器件选通连接体电连接，同一行MOSFET器件(29)的源极端与输出电压连接组内相应的输出电压连接体电连接。


6.根据权利要求1所述的悬臂梁热电堆，其特征是：所述偏置电压连接体、MOS器件选通连接组与热电材料连接体(8)为同一工艺步骤形成；输出电压连接组通过溅射工艺设置在衬底(1)正上方，输出电压连接组的材料包括CrAu，输出电压连接组内输出电压连接体的厚度为


7.根据权利要求1所述的悬臂梁热电堆，其特征是：所述N型热电材料体(3)包括N型热电冷端部(14)、N型热电过渡部(15)以及N型热电热端部(16)，N型热电热端部(16)位于衬底腔(13)的正上方，所述N型热电热端部(16)通过N型热电过渡部(15)与N型热电冷端部(14)连接，所述N型热电热端部(16)的宽度大于N型热电冷端部(14)的宽度，
所述P型热电材料体(4)包括P型热电热端部(17)以及P型热电冷端部(18)，P型热电热端部(17)位于衬底腔(13)的正上方，P型热电热端部(...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴鑫，丁雪峰，毛海央，
申请(专利权)人：江苏创芯海微科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32