垂直堆叠式热电堆制造技术

提供了一种垂直堆叠式热电堆和一种使用所述堆叠式热电堆的IR传感器。该垂直堆叠式热电堆可以包括彼此垂直堆叠的多个热电偶。热电偶可以以串联、并联或串联与并联组合的方式连接。一个或多个垂直堆叠式热电堆可以包括在IR传感器中并且热电堆可以以串联、并联或串联与并联组合的方式连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请一般地涉及热电堆，且更具体地涉及垂直堆叠式热电堆。
技术介绍
热电堆是一种通常用于进行非接触式温度测量的红外辐射(IR)探测器。例如，热电堆用在耳温计、临近传感器(proximity sensor)、热通量传感器等中。热电堆由一系列电连接的热电偶对构成，每个热电偶对都由具有不同赛贝克系数的不同的导体材料或半导体材料构成。例如，N型多晶硅和P型多晶硅经常用在常规热电堆中。 一般地，每个热电偶的一端设置为与可操作用于收集IR能量的膜接触，而每个热电偶的另一端设置在支承衬底上。收集的IR能量产生横跨热电偶的温度梯度，从而导致热电偶通过赛贝克效应产生输出电压。对于具有已知特征的热电偶而言，输出电压可能转换为温度值。由于热电偶的输出电压相对较小(通常在几微伏的范围内)，所以在转换为温度值之前必须将输出电压放大。然而，放大可能会将误差幅度引入到测量结果中。因此，为了减少引入的误差量，可能期望有更大的输出电压，这是因为电压越大，需要的放大就越小。为了实现这一点，一些热电堆包括串联连接的多个热电偶以产生较大的输出电压。通常，当多个热电偶连接在一起时，热电偶并排布置在半导体衬底上。然而，该结构的一个缺点是所需的用于安装热电偶的空间会相当大。因此，在需要小装置的应用中，将热电偶设置为并排结构是不可取的。因此，期望有一种能够提供精确测量的紧凑型热电堆传感器。
技术实现思路
公开了一种用于监控辐射的垂直堆叠式热电堆。所述垂直堆叠式热电堆可以包括多层堆，所述多层堆包括在第一层与第二层之间交替的多个垂直上升的平面层，所述第一层由具有正赛贝克系数的材料形成而所述第二层由具有负赛贝克系数的材料形成，所述堆还包括在所述第一层与所述第二层之间的绝缘层；第一电连接器，所述第一电连接器沿着所述堆的第一侧边缘形成，所述第一连接器在垂直向上的方向上从第一层向第二层延伸；以及第二电连接器，所述第二电连接器沿着所述堆的第二侧边缘形成，所述第二连接器在垂直向上的方向上从第二层向第一层延伸，所述第一电连接器和所述第二电连接器在所述堆中的第一层与第二层之间共同形成串联连接，并且其中所述堆的一个侧边缘限定所述堆的热端而所述堆的另一个侧边缘限定所述堆的冷端，使得当所述堆的热端暴露于辐射时，在所述堆的冷端上产生的横跨连接器的电压将对应于所述堆的热端处的辐射暴露量。在一个示例中，所述第一侧边缘和所述第二侧边缘以垂直阵列的方式排列。在另一个示例中，所述第一侧边缘和所述第二侧边缘以水平阵列的方式排列。在又一个示例中，所述第一侧边缘和所述第二侧边缘以阵列的方式排列并且被设置为与垂直方向偏离一角度。在一个示例中，与所述垂直方向偏离的角度在10度至60度的范围内。在一个示例中，所述多个垂直上升的平面层可以包括十个或更多个第一层和十个或更多个第二层。公开了一种包括一个或多个垂直堆叠式热电堆的传感器。所述传感器可以包括半导体衬底，其中在所述半导体衬底内形成有腔；垂直堆叠式热电堆，所述垂直堆叠式热电堆形成在所述半导体衬底上，所述垂直堆叠式热电堆包括多个垂直上升的平面层，所述多个垂直上升的平面层在第一层与第二层之间交替，所述第一层由具有正赛贝克系数的材料形成而所述第二层由具有负赛贝克系数的材料形成，所述堆还包括在所述第一层与所述第二层之间的绝缘层；和多个金属触头，所述多个金属触头在多个垂直上升的平面层之间形成串联连接；以及吸收器膜，所述吸收器膜设置在所述腔的上方，其中所述垂直堆叠式热电堆的第一部分与所述吸收器膜接触，并且其中所述垂直堆叠式热电堆是可操作的，以响应从所述吸收器膜接收的辐射而产生电压，所述电压对应于接收的辐射量。在一个示例中，所述传感器可以包括形成在所述半导体衬底上的多个垂直堆叠式热电堆。所述多个垂直堆叠式热电堆可以以串联、并联或串联与并联组合的方式连接。所述多个垂直堆叠式热电堆还可以布置成诸如十字形状、正方形形状和星形形状等形状。在 一个示例中，所述多个垂直上升的平面层可以包括十个或更多个第一层和十个或更多个第二层。在一个示例中，一种传感器阵列可以包括形成在同一个半导体衬底上的多个传感器。公开了一种用于制造垂直堆叠式热电堆的方法。所述方法可以包括提供半导体衬底；在所述半导体衬底中蚀刻第一腔；在所述第一腔中，沉积在第一层与第二层之间交替的多个垂直上升的平面层，所述第一层由具有正赛贝克系数的材料形成而所述第二层由具有负赛贝克系数的材料形成，所述堆还包括所述第一层与所述第二层之间的绝缘层；沉积多个第一金属触头，以在第一层与第二层之间形成串联连接；将氮化物层沉积在所述多个垂直上升的平面层与所述多个第一金属触头之上，其中所述多个第一金属层的至少一部分不由氮化物层覆盖；将多个第二金属触头沉积在所述氮化物层上，其中所述多个第二金属触头的至少一部分连接到不由所述氮化物层覆盖的所述多个第一金属层的至少一部分上；蚀刻所述氮化物层、多个垂直上升的平面层和绝缘层的一部分以形成热电堆带；将钝化氮化物层沉积在所述多个第二金属触头、所述氮化物层和所述热电堆带上，其中所述多个第二金属触头的至少一部分不由所述钝化氮化物层覆盖；将吸收材料沉积在所述半导体衬底的至少一部分和所述热电堆带的至少一部分上；以及在所述半导体衬底中蚀刻第二腔，其中所述第二腔设置在所述吸收材料以及所述热电堆带的至少一部分的下面。在一个示例中，多个垂直上升的平面层中的每个平面层都可以具有范围在O. 05至O. I微米内的厚度。在另一个示例中，所述热电堆带可以具有范围在10至100微米你的长度。在又一个示例中，所述多个垂直上升的平面层可以包括十个或更多个第一层和十个或更多个第二层。附图说明图I示出了示例性垂直堆叠式热电堆的横截面示图；图2示出了另一个示例性垂直堆叠式热电堆的横截面示图；图3示出了另一个示例性垂直堆叠式热电堆的横截面示图；图4示出了另一个示例性垂直堆叠式热电堆的横截面示图；图5示出了具有多个垂直堆叠式热电堆的示例性传感器的俯视图6示出了具有多个垂直堆叠式热电堆的示例性传感器的横截面示图；图74-78、84-88、9么-98、1(^-1( 和11示出了用于制作具有多个垂直堆叠式热电堆的示例性传感器的过程。具体实施例方式提供以下描述以使本领域普通技术人员能够实施和使用各种实施例。有关具体装置、技术和应用的描述仅作为示例而提供。对本文中所描述示例的各种修改对本领域普通技术人员来说是显而易见的，并且在不脱离各种实施例的精神和范围的情况下，在本文中限定的一般原理可适用于其它示例和应用。因此，各种实施例不限于本文中所描述并示出的示例，而是被赋予了与和权利要求一致的范围。以下描述了有关垂直堆叠式热电堆和使用所述垂直堆叠式热电堆的IR传感器的各种实施例。具体地，垂直堆叠式热电堆可能包含多个热电偶以便获得较高的输出电压并 获得比常规热电堆传感器而言整体改善的传感器性能。而且，通过将热电偶垂直地堆叠在另一个热电偶的上方，垂直堆叠式热电堆在传感器的半导体衬底上占用较小的横向面积。这样，多个热电偶可被放置在相同的传感器区域中以作为单个热电偶，从而允许更小的传感器尺寸。当传感器的面积和尺寸有限时，例如在具有许多这种传感器(这些传感器被放置得非常接近以形成像素化(Pixelated)图像传感器)的热电堆成像装置中，这种结构是有益的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖纳·屈阿多，亚瑟·巴洛，元·西·陈，迈克尔·尓瑟尼，赫尔曼·卡拉格兹奥格鲁，劳顿·M·马里纳斯屈，
申请(专利权)人：埃赛力达加拿大有限公司，
类型：
国别省市：