适用于热电堆的塞贝克系数测量结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种适用于热电堆的塞贝克系数测量结构及其制备方法。其包括衬底以及塞贝克系数待测单元体，还包括测温单元体以及设置于衬底背面的背腔；测量时，利用测试热源对所述测温单元体以及塞贝克系数待测单元体同时进行所需的热激发，通过测温单元体测量得到表征塞贝克系数待测单元体热激发前后的测试温度差ΔT，测量所述塞贝克系数待测单元体在相应热激发状态下的输出电压V，则能确定所述塞贝克系数待测单元体的塞贝克系数。本发明专利技术能有效实现塞贝克系数的测量，测量效率高，与现有工艺兼容，安全可靠。安全可靠。安全可靠。

【技术实现步骤摘要】
适用于热电堆的塞贝克系数测量结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种塞贝克系数测量结构及其制备方法，尤其是一种适用于热电堆的塞贝克系数测量结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]塞贝克系数是热电材料的固有性质，是体现热电材料性能的参数，对于基于热电材料制备而成的热电堆器件，塞贝克系数的大小将直接决定热电堆器件的性能。展开对塞贝克系数的测量有助于进一步分析热电堆红外传感器的热电转换效率分析和器件性能分析，但在实际应用过程中，一方面材料的参数会受加工工艺过程的影响发生变化，真实塞贝克系数难以确定；另一方面，微纳结构的塞贝克系数对测试系统的精度和复杂度都提出了高要求，这使得实际塞贝克系数的测量变得困难。
[0003]目前，塞贝克系数的测试方法或仪器比较复杂，有的对于测试样品的类别和大小有限制，例如只能测薄膜结构的塞贝克系数或者只能测量多晶硅材料的塞贝克系数；有的测试仪器需要冷却液装置和真空装置等，增加了测试系统的复杂度。特别是微纳尺度下塞贝克系数的测量，难以精确测量电压输出和温度，现有的测试方法往往误差较大，这也将进一步限制微纳尺度下的热电转换效率分析和红外热电堆传感器的器件性能分析。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种适用于热电堆的塞贝克系数测量结构及其制备方法，其能有效实现塞贝克系数的测量，测量效率高，与现有工艺兼容，安全可靠，并且可与对应热电偶器件集成，准确评估热电堆器件性能。
[0005]按照本专利技术提供的技术方案，所述塞贝克系数的测量结构，包括衬底以及设置于衬底正面上方的塞贝克系数待测单元体，还包括制备于衬底正面上方的测温单元体以及设置于衬底背面的背腔，其中，测温单元体以及塞贝克系数待测单元体均位于背腔的正上方，测温单元体邻近塞贝克系数待测单元体，且塞贝克系数待测单元体的一端位于背腔外以形成塞贝克系数待测单元体的冷端；
[0006]测量时，利用测试热源对所述测温单元体以及塞贝克系数待测单元体同时进行所需的热激发，通过测温单元体测量得到表征塞贝克系数待测单元体热激发前后的测试温度差ΔT，测量所述塞贝克系数待测单元体在相应热激发状态下的输出电压V，则所述塞贝克系数待测单元体的塞贝克系数α为
[0007]所述测温单元体为热敏电阻时，测温单元体在受到测试热源激发时，测试温度差ΔT为其中，R1为测温单元体受热激发后的电阻值，R2为测温单元体受热激发前的电阻值，ε为所述测温单元体的电阻温度系数。
[0008]所述测试热源包括黑体或激光，所述塞贝克系数待测单元体包括一根热电偶或一
对热偶。
[0009]还包括用于增强热吸收的热吸收结构体，热吸收结构体位于衬底上方，且热吸收结构体与测温单元以及塞贝克系数待测单元的热端相接触。
[0010]所述热吸收结构体包括热吸收层和/或微纳米结构。
[0011]一种塞贝克系数的测量结构的制备方法，提供衬底，在所述衬底的正面上方制备有塞贝克系数待测单元体以及邻近所述塞贝克系数待测单元体的测温单元体，在衬底的背面制备有背腔，测温单元体以及塞贝克系数待测单元体均位于背腔的正上方，塞贝克系数待测单元体的一端位于背腔外以形成塞贝克系数待测单元体的冷端。
[0012]所述塞贝克系数待测单元体包括一根热电偶或一对热偶，还包括用于热吸收结构体，热吸收结构体位于衬底上方，且热吸收结构体与测温单元以及塞贝克系数待测单元的热端相接触。
[0013]所述塞贝克系数待测单元体为一热电偶时，所述制备方法包括如下步骤：
[0014]步骤1、提供衬底以及设置于所述衬底正面的衬底保护支撑层，将热电偶制备于衬底保护支撑层上；
[0015]步骤2、在上述衬底上方制备热电偶绝缘导热层，所述热电偶绝缘导热层覆盖在热电偶并支撑在所述衬底保护支撑层上；
[0016]步骤3、选择性地掩蔽和刻蚀热电偶绝缘导热层，以制备得贯通热电偶绝缘导热层的热电偶引出孔，通过热电偶引出孔以能使得热电偶的端部露出；
[0017]步骤4、制备与热电偶电连接的热电偶电极以及邻近所述热电偶的测温单元体，其中，热电偶电极包括分别填充于热电偶引出孔内的热电偶第一电极以及热电偶第二电极，热电偶第一电极体、热电偶第二电极分别与热电偶相应的端部电连接，测温单元体位于热电偶绝缘导热层上；
[0018]步骤5、在衬底的背面制备所需的背腔，热电偶的一端位于背腔外以形成塞贝克系数待测单元体的冷端。
[0019]所述塞贝克系数待测单元体为一对热偶时，所述制备方法包括如下步骤：
[0020]步骤A、提供衬底以及设置于所述衬底正面的衬底保护支撑层；
[0021]步骤B、在上述衬底保护支撑层上制备热偶对以及邻近所述热偶对的测温单元体，其中，所述热偶对包括第一热偶条以及与所述第一热偶条适配连接的第二热偶条；
[0022]步骤C、在衬底的背面制备所需的背腔，第一热偶条以及第二热偶条相应的端部位于背腔外以形成塞贝克系数待测单元体的冷端。
[0023]所述热吸收结构体包括热吸收层和/或微纳米结构。
[0024]本专利技术的优点：测温单元体以及塞贝克系数待测单元体均位于背腔的正上方，测温单元体邻近塞贝克系数待测单元体，且塞贝克系数待测单元体的一端位于背腔外以形成塞贝克系数待测单元体的冷端；
[0025]在利用测试热源对测温单元体以及塞贝克系数待测单元体同时进行所需的热激发时，根据测试热源的特性，可认为测温单元体与塞贝克系数待测单元体的受热为相同的，从而可以利用测温单元体测量的测试温度差ΔT表征塞贝克系数待测单元体热激发前后的温度差，从而在测量所述塞贝克系数待测单元体在相应热激发状态下的输出电压V后，可以直接确定塞贝克系数待测单元体的塞贝克系数，可适应多种塞贝克系数待测单元体的类
型，即能提高塞贝克系数的测量时的便捷性，降低测量成本。
附图说明
[0026]图1为本专利技术测量热电偶塞贝克系数的示意图。
[0027]图2～图8为本专利技术为图1中测量结构的具体工艺步骤剖视图，其中
[0028]图2为本专利技术制备得到衬底保护支撑层后的剖视图。
[0029]图3为本专利技术制备得到热电偶后的剖视图。
[0030]图4为本专利技术制备得到热电偶绝缘导热层后的剖视图。
[0031]图5为本专利技术制备得到热电偶引出孔后的剖视图。
[0032]图6为本专利技术制备得到测温单元体后的剖视图。
[0033]图7为本专利技术制备得到热电偶热吸收结构体后的剖视图。
[0034]图8为本专利技术制备得到背腔后的示意图。
[0035]图9为本专利技术测量热偶对塞贝克系数的示意图。
[0036]图10～图18为图9中测量结构的具体制备工艺步骤剖视图，其中
[0037]图10为本专利技术制备得到衬底保护支撑层后的剖视图。
[0038]图11为本专利技术制备得到第一热偶条后的剖视图。
[0039]图12为本专利技术制备得到热偶条间绝缘导热层后的示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于热电堆的塞贝克系数测量结构，包括衬底(7)以及设置于衬底(7)正面上方的塞贝克系数待测单元体，其特征是：还包括制备于衬底(7)正面上方的测温单元体(4)以及设置于衬底(7)背面的背腔(13)，其中，测温单元体(4)以及塞贝克系数待测单元体均位于背腔(13)的正上方，测温单元体(4)邻近塞贝克系数待测单元体，且塞贝克系数待测单元体的一端位于背腔(13)外以形成塞贝克系数待测单元体的冷端；测量时，利用测试热源对所述测温单元体(4)以及塞贝克系数待测单元体同时进行所需的热激发，通过测温单元体(4)测量得到表征塞贝克系数待测单元体热激发前后的测试温度差ΔT，测量所述塞贝克系数待测单元体在相应热激发状态下的输出电压V，则所述塞贝克系数待测单元体的塞贝克系数α为2.根据权利要求1所述的适用于热电堆的塞贝克系数测量结构，其特征是：所述测温单元体(4)为热敏电阻时，测温单元体(4)在受到测试热源激发时，测试温度差ΔT为其中，R1为测温单元体(4)受热激发后的电阻值，R2为测温单元体(4)受热激发前的电阻值，ε为所述测温单元体(4)的电阻温度系数。3.根据权利要求1或2所述的适用于热电堆的塞贝克系数测量结构，其特征是：所述测试热源包括黑体或激光，所述塞贝克系数待测单元体包括一根热电偶(1)或一对热偶。4.根据权利要求2所述适用于热电堆的塞贝克系数的测量结构，其特征是：还包括用于增强热吸收的热吸收结构体，热吸收结构体位于衬底(7)上方，且热吸收结构体与测温单元(4)以及塞贝克系数待测单元的热端相接触。5.根据权利要求4所述的适用于热电堆的塞贝克系数测量结构，其特征是：所述热吸收结构体包括热吸收层和/或微纳米结构。6.一种适用于热电堆的塞贝克系数测量结构的制备方法，其特征是：提供衬底(7)，在所述衬底(7)的正面上方制备有塞贝克系数待测单元体以及邻近所述塞贝克系数待测单元体的测温单元体，在衬底(7)的背面制备有背腔(13)，测温单元体(4)以及塞贝克系数待测单元体均位于背腔(13)的正上方，塞贝克系数待测单元体的一端位于背腔(13)外以形成塞贝克系数待测单元体的冷端。7.根据权利要求6所述适用于热电堆的塞贝克系数测量结构的制备方法，其特征是：所述塞贝...

【专利技术属性】
技术研发人员：石梦，毛海央，周娜，龙克文，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：