[發明專利]一種電橋結構的紅外溫度傳感器

無效

• 申請號: 200910107270.1
• 申請日: 2009-05-08
• 公開（公告）號: CN101881668A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發明（設計）人: 蔡毅;王宏臣
• 申請（專利權）人: 世紀晶源科技有限公司
• 主分類號: G01J5/24
• 分類號: G01J5/24;H01L31/09
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及紅外傳感器領域，尤其是涉及一種電橋結構的紅外線溫度傳感器。

背景技術

紅外測溫由于具有非接觸，測溫動態范圍寬和測溫準確等獨特優點，在食品，醫療，電力，工業，建筑等領域具有非常廣泛的應用。紅外線測溫傳感器是紅外測溫儀表的關鍵器件，其性能決定了測溫儀表的精度。目前，紅外測溫傳感器多采用熱電堆原理制作，美國專利US-5059543就公開了一種典型的熱電堆紅外傳感器的制造方法，其包括在硅襯底上利用硅各向異性腐蝕劑從硅襯底背面腐蝕，刻蝕中心部位的硅，在硅襯底頂部留下厚度約為1微米的氧化硅-氮化硅封閉膜，利用兩種不同熱電特性材料沉積并形成熱偶對，熱電堆熱端布置在封閉薄膜之上，冷端與硅襯底直接連接，當紅外輻射入射到該紅外傳感器之上，引氣封閉膜溫升，利用熱電堆探測該溫升就可以探測出紅外輻射的強弱并計算出目標溫度。

熱電偶是制作紅外測溫傳感器的最常用方法，不過利用熱電偶作為紅外測溫傳感器測溫材料也存在不足。常用熱偶材料的賽貝克系數通常不高，例如硅-Al熱偶對的溫度靈敏系數僅為0.1％/K，即使溫度靈敏系數很高的BiSb(銻化鉍)的熱電系數也僅為0.5％左右，是氧化釩薄膜的熱敏電阻系數(2％/K)1/4左右，這限制了紅外測溫傳感器的溫度分辨率。利用熱電偶串聯的熱電堆雖然可以改進傳感器的響應靈敏度，但熱電偶串聯也造成了兩個問題：首先是熱電堆的輸出電阻變大，器件噪聲增加，其次冷端和熱端間的熱電堆線條會增大器件敏感區與襯底間的熱導，反而導致器件溫度分辨率下降，因此利用熱電堆技術也難以實現高精度溫度測量。而在某些領域如醫療體溫檢測，高精度測溫非常重要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電橋結構的紅外溫度傳感器，該傳感器可改善器件對環境溫度的影響，實現高精度的溫度測量。

本發明是這樣實現的，提供一種電橋結構的紅外溫度傳感器，包括襯底上的電阻器，該電阻器包括光敏電阻、環境參考電阻和焦耳熱參考電阻，其中：所述的光敏電阻和焦耳熱參考電阻下邊的襯底設置有凹槽，該凹槽與其上的電阻形成懸浮橋式結構。

相對于現有技術，本發明的有益效果在于：本發明通過在光敏電阻和焦耳熱參考電阻下邊的襯底設置凹槽結構，凹槽內的空氣形成熱絕緣層，減小傳感器敏感區與襯底間的熱傳導，提高了溫度測量的精確度。

本發明進一步帶來的技術效果是測溫材料選用電阻溫度系數較高的氧化釩薄膜，器件靈敏度高，測溫準確。

附圖說明

圖1是本發明實施例電橋結構的紅外溫度傳感器電路結構示意圖；

圖2是本發明實施例電橋結構的紅外溫度傳感器光敏電阻的結構示意圖；

圖3是本發明實施例電橋結構的紅外溫度傳感器光敏電阻剖面結構示意圖；

圖4是本發明實施例電橋結構的紅外溫度傳感器加工流程示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

如圖1所示，其為本發明實施例涉及一種電橋結構的紅外溫度傳感器的電路結構示意圖，圖中1為光敏電阻R1，2為環境參考電阻R2，3為環境參考電阻R3，4為焦耳熱參考電阻R4，5和6分別為電源地和供電電源，所述的光敏電阻R1，環境參考電阻R2，環境參考電阻R3，焦耳熱參考電阻R4均制作于襯底上，該襯底可選用硅或玻璃，及其他可作為傳感器襯底的材料，本發明實施例以硅襯底為例。為減小焦耳熱造成的電阻溫度升高，傳感器采用脈沖供電方式，這四個電阻R1-R4在未加電且室溫條件下阻值相同，均為R0。除紅外吸收效率外，電阻1(R1)和電阻4(R4)的其他特性如熱特性完全相同。在電阻R1之上制作了一層黑金紅外吸收層，對紅外的吸收效率高達95％以上，而在電阻R4之上制作了一層金屬反射層，對紅外輻射的吸收率小于1％。

如圖1所示，所述紅外線測溫傳感器的電路結構示意圖中四個薄膜電阻均采用氧化釩薄膜制作，由于熱敏材料選用電阻溫度系數較高的氧化釩薄膜，器件靈敏度高，測溫準確，在不考慮薄膜電阻溫度系數均勻性的基礎上，四個電阻1、2、3和4的電阻溫度系數完全一致。此外，這四個電阻在設計時的版圖也完全一致，因此制作完畢后，如果不考慮工藝引入的加工誤差，這四個薄膜電阻在室溫時的阻值也完全相同。在圖1所示的四個薄膜電阻中，僅有電阻1對入射的紅外輻射敏感，其他三個均為參考電阻。