一种新型红外热电堆传感器芯片及制备方法技术

本发明专利技术属于红外探测领域，涉及一种新型红外热电堆传感器芯片及制备方法。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种新型红外热电堆传感器芯片及制备方法
本专利技术属于红外探测领域，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术的技术方案如下：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-polySi)、铝/p型多晶硅(Al/p-polySi)或者p/n型多晶硅(p/n-polySi)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。本专利技术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。具体实施方式以下对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例1本专利技术实施例1公开的一种新型红外热电堆传感器芯片，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。即使当传感器温度受外界影响发生快速变化时，传感器热电堆芯片冷热端发生热失衡，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，从而提高传感器非接触温度测量应用的稳定性和准确性。所述一种新型红外热电堆传感器芯片制备流程为：步骤1：在硅基底上，利用化学汽相沉积(PECVD)、电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射等薄膜工艺沉积一层SiO2，形成支撑层1.1。步骤2：在支撑层1.1上，利用化学汽相沉积(PECVD)、电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射等薄膜工艺沉积一层Si3N4，形成支撑层1.2。步骤3：在支撑层1.2上，利用化学汽相沉积(PECVD)、电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射等薄膜工艺沉积一层SiO2，形成支撑层1.3。支撑层1.1，1.2，1.3构成一个完整的支撑层。步骤4：在支撑层上，利用化学汽相沉积(PECVD)、电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射等薄膜沉积工艺与反应离子刻蚀(RIE)薄膜刻蚀工艺，制备第三部分热电堆。步骤5：在热电堆上，利用化学汽相沉积(PECVD)、电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射等薄膜沉积工艺沉积一层SiO2，形成绝缘层1。步骤6：在绝缘层上，利用磁控溅射法沉积一层铂金属，并按照版图进行刻蚀，得到紧贴热电堆冷结的热敏薄膜电阻。步骤7：在热敏电阻上，利用化学汽相沉积(PECVD)、电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射等薄膜沉积工艺沉积一层SiO2，形成绝缘层2。步骤8：在硅基底背面，利用化学湿法腐蚀的方法，腐蚀硅基底，形成微绝热腔体即空腔。实施例2本专利技术实施例1公开的一种新型红外热电堆传感器芯片，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。即使当传感器温度受外界影响发生快速变化时，传感器热电堆芯片冷热端发生热失衡，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，从而提高传感器非接触温度测量应用的稳定性和准确性。所述一种新型红外热电堆传感器芯片制备流程为：步骤1：在硅基底上，利用化学汽相沉积(PECVD)、电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射等薄膜工艺沉积一层SiO2，形成支撑层1.1。步骤2：在支撑层1.1上，利用化学汽相沉积(PECVD)、电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射等薄膜工艺沉积一层Si3N4，形成支撑层1.2。步骤3：在支撑层1.2上，利用化学汽相沉积(PECVD)、电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射等薄膜工艺沉积一层SiO2，形成支撑层1.3。支撑层1.1，1.2，1.3构成一个完整的支撑层。步骤4：在支撑层上，利用化学汽相沉积(PECVD)、电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射等薄膜沉积工艺与反应离子刻蚀(RIE)薄膜刻蚀工艺，制备第三部分热电堆。步骤5：在热电堆上，利用化学汽相沉积(PECVD)、电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射等薄膜沉积工艺沉积一层SiO2，形成绝缘层1。步骤6：在绝缘层上，利用磁控溅射法沉积一层Mn-Co-Ni-O合金薄膜，并按照版图进行刻蚀，得到紧贴热电堆冷结的热敏薄膜电阻。步骤7：在热敏电阻上，利用化学汽相沉积(PECVD)、电子束蒸发、热蒸发或磁控溅射等薄膜沉积工艺沉积一层SiO2，形成绝缘层2。步骤8：在硅基底正面，利用干法刻蚀的方法，刻蚀硅基底，形成微绝热腔体即空腔。以上所述，仅是本专利技术的较佳实施例而已，并非对本专利技术作任何形式上的限制，虽然本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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，其特征在于，在热电堆冷结的外围设有热敏电阻。/n

【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于，在热电堆冷结的外围设有热敏电阻。


2.如权利要求1所述的一种新型红外热电堆传感器芯片，其特征在于，所述热电堆臂由铝/n型多晶硅(Al/n-polySi)、铝/p型多晶硅(Al/p-polySi)或者p/n型多晶硅(p/n-polySi)构成。


3.如权利要求1所述的一种新型红外热电堆传感器芯片，其特征在于，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。


4.如权利要求1所述的一种新型红外热电堆传感器芯片，其特征在于，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。


5.如权利要求1所述的一种新型红外热电堆传感器芯片，其特征在于，所述的支撑层由...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄清伟，候海港，
申请(专利权)人：上海格斐特传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31