[發明專利]熱電堆傳感器及其制造方法

有效

• 申請號: 200910165749.0
• 申請日: 2009-08-10
• 公開（公告）號: CN101644605A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發明（設計）人: N·烏爾布里希
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: G01J5/20
• 分類號: G01J5/20;B81B7/02;B81C1/00;B81C3/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 侯鳴慧

技術領域

本發明涉及一種熱電堆傳感器以及該熱電堆傳感器的制造方法。

背景技術

熱電堆傳感器用作紅外傳感器并且能夠在半導體襯底上微機械制造。 它們尤其作為光譜的氣體傳感器例如用在汽車領域以及例如也用在具有圖 像分辨功能的紅外照相機中。

在熱電堆傳感器中，通常在薄膜上構成熱電偶的串聯電路，其中每個 熱電偶具有兩個相互間在薄膜上在熱接觸方面接觸的熱電極或者說由具有 不同塞貝克系數的材料構成的熱電極。熱電極的常見材料對是硅和鋁或者p 硅和n硅(p摻雜的和n摻雜的硅)，以及例如鉍-碲基的材料系。

熱電偶的接觸位置取決于入射的紅外輻射而變熱。為此一般在薄膜的 上側面上施加吸收層或吸收劑層，它在重要的波長范圍中具有良好的吸收 特性。在此例如發生含釕的電阻膏、黑金涂層、黑銀涂層或其它吸收劑材 料的吸收。

但這類吸收劑材料一般不能在CMOS生產線中使用。

輻射傳感器的特性一般都通過探測器電壓Vth與入射功率的比例來描 述。因此以下式得到探測器的電壓靈敏度S

S=|VthΔT||ΔTΦ|=a·tGN·(αS,a-αS,b)1+ω2τth2]]>

其中a是熱電堆的吸收率，t是輻射路徑的透射率，N是熱元件的數量， ΔT是熱電堆的冷端與熱端之間的溫度差。在此(α_S，a-α_S，b)是材料對ab 的組合的塞貝克系數。此外τ_th是熱時間常數，它描述探測器對以頻率ω調 制的輻射強度的響應特性，G是熱傳導能力。

因此，吸收率a(λ)明顯確定射線探測器的靈敏度，通常是波長λ的 函數并且根據所使用的材料不同可以達到99％，例如在使用含釕的電阻膏 時。尤其在使用含釕的電阻膏時缺陷在于制造過程，其中首先通過供給各 個膏滴將膏施加到對應的傳感器薄膜上并且在加熱步驟中使膏固化，其中 膏的有機組成部分被排出。該制造過程非常費事和昂貴并且與常見的 CMOS生產設備不兼容。例如黑金或黑銀涂層的缺陷同樣在于，這些材料 不與CMOS生產線的制造過程兼容。

發明內容

根據本發明，提出一種用于探測測量波長范圍內的紅外輻射的熱電堆 傳感器，它具有：傳感器襯底，在該傳感器襯底中構成了空穴，在傳感器 襯底上在空穴上方構成的薄膜，至少一個在薄膜上面、內部或下面構成的 熱電堆結構，所述熱電堆結構具有至少一個由兩個相互觸頭接通的熱電極 組成的熱電偶，其中，這兩個熱電極由具有不同塞貝克系數的摻雜的半導 體材料構成，至少一個在熱電極之間構成的隔絕的中間層，其中，在下面 的該空穴的上方構成一個層系，該層系至少包括所述兩個熱電極并且至少 包括所述隔絕的中間層，并且，該層系對于測量波長范圍內的紅外輻射在 吸收部分紅外輻射和至少部分地減少反射的情況下形成多射線干涉。