[發(fā)明專利]微納尺度材料賽貝克系數(shù)的測量機(jī)構(gòu)及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310002129.1
• 申請日: 2013-01-05
• 公開（公告）號: CN103048350A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛海央;歐文;歐毅;陳大鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心
• 主分類號: G01N25/00
• 分類號: G01N25/00;G01N25/20
• 代理公司: 無錫市大為專利商標(biāo)事務(wù)所 32104
• 代理人: 曹祖良

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種測量微納尺度材料性能的機(jī)構(gòu)及其制備方法，尤其是一種微納尺度材料賽貝克系數(shù)的測量機(jī)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

基于溫差電效應(yīng)（賽貝克效應(yīng)）的MEMS紅外探測器----MEMS熱電堆紅外探測器是傳感探測領(lǐng)域的一種典型器件，可用于組成溫度傳感器、氣敏傳感器、人體感測系統(tǒng)、防盜報(bào)警裝置等。熱電堆紅外探測器與基于其它工作原理的紅外探測器（如熱釋電型紅外探測器和熱敏電阻型紅外探測器等）相比具有可測恒定輻射量、無需加偏置電壓、無需斬波器、更適用于移動應(yīng)用與野外應(yīng)用等明顯的綜合優(yōu)點(diǎn)。因而，MEMS熱電堆紅外探測器對于實(shí)現(xiàn)更為寬廣的紅外探測應(yīng)用具有非常重要的意義，其民用、軍用前景廣闊，商業(yè)價(jià)值和市場潛力非常巨大。

熱電轉(zhuǎn)換材料是熱電堆探測器的敏感元件，也是該探測器最為關(guān)鍵的構(gòu)件；賽貝克系數(shù)是表征熱電轉(zhuǎn)換材料熱電性能的參數(shù)，直接決定著熱電堆探測器的性能，因此也是該探測器最為核心的一項(xiàng)參數(shù)。從這個(gè)角度講，如何準(zhǔn)確測量材料的賽貝克系數(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

賽貝克系數(shù)是指在一定溫度梯度條件下材料兩端所產(chǎn)生的開路電壓與材料兩端的溫度差之比。僅從理論上講，賽貝克系數(shù)是一個(gè)很容易測量的參量。然而，實(shí)際的測量過程中不可避免地會出現(xiàn)測量誤差，有時(shí)候誤差會大到嚴(yán)重干擾測量結(jié)果準(zhǔn)確性的程度。對于MEMS熱電堆紅外探測器而言，其熱電敏感單元的結(jié)構(gòu)尺寸一般為微米量級甚至達(dá)到納米量級，這種情況下，基于這些微納米結(jié)構(gòu)的賽貝克系數(shù)的測量就更為困難。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是補(bǔ)充現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種微納尺度材料賽貝克系數(shù)的測量機(jī)構(gòu)及其制備方法，其結(jié)構(gòu)簡單便于實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)微納尺度材料賽貝克系數(shù)的測量，同時(shí)易于與MEMS熱電堆紅外探測器集成制備，因而其測量結(jié)果可為MEMS熱電堆紅外探測器提供直接的數(shù)值參考，將為基于賽貝克效應(yīng)的器件性能的標(biāo)定提供便利條件。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種微納尺度材料賽貝克系數(shù)的測量機(jī)構(gòu)，包括襯底，所述襯底上設(shè)有釋放阻擋帶，所述釋放阻擋帶內(nèi)封閉有熱隔離腔體；所述熱隔離腔體的正上方設(shè)有一對熱電偶，即第一熱偶條和第二熱偶條，第一熱偶條和第二熱偶條的材料特性不同；熱隔離腔體的上方一側(cè)設(shè)置有第一加熱電阻條，上方另一側(cè)設(shè)置有第二加熱電阻條；第一加熱電阻條的電阻值小于第二加熱電阻條的電阻值；所述第一加熱電阻條的兩端分別連接第二金屬電極和第三金屬電極；所述第二加熱電阻條的兩端分別連接第四金屬電極和第五金屬電極。

第一金屬電極位于第一加熱電阻條之上，且通過釋放保護(hù)膜和電絕緣熱導(dǎo)通結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)與第一加熱電阻條的電學(xué)隔離和熱學(xué)導(dǎo)通；所述第一金屬電極連接第一熱偶條的一端和第二熱偶條的一端。

第一熱偶條的另一端和第二熱偶條的另一端分別連接第六金屬電極和第七金屬電極；所述第六金屬電極和第七金屬電極位于第二加熱電阻條之上，且通過釋放保護(hù)膜和電絕緣熱導(dǎo)通結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)與第二加熱電阻條的電學(xué)隔離和熱學(xué)導(dǎo)通。

所述熱電偶對中第一熱偶條采用P型摻雜的多晶硅，第二熱偶條采用N型摻雜的多晶硅；或者所述熱電偶對中第一熱偶條采用N型摻雜的多晶硅，第二熱偶條采用P型摻雜的多晶硅。

所述第一加熱電阻條的電阻值和第二加熱電阻條的電阻值通過改變加熱電阻條的摻雜濃度和/或調(diào)整加熱電阻條的尺寸參數(shù)得到所需的電阻值。

一種微納尺度材料賽貝克系數(shù)的級聯(lián)測量機(jī)構(gòu)，包括襯底，所述襯底上設(shè)有釋放阻擋帶，所述釋放阻擋帶內(nèi)封閉有熱隔離腔體；熱隔離腔體的上方一側(cè)設(shè)置有第一加熱電阻條，上方另一側(cè)設(shè)置有第二加熱電阻條；第一加熱電阻條的電阻值小于第二加熱電阻條的電阻值；所述第一加熱電阻條的兩端分別連接第二金屬電極和第三金屬電極；所述第二加熱電阻條的兩端分別連接第四金屬電極和第五金屬電極。

所述熱隔離腔體的正上方并行設(shè)有多對熱電偶，每對熱電偶包括第一熱偶條和第二熱偶條，第一熱偶條和第二熱偶條的材料特性不同；對應(yīng)每對熱電偶設(shè)置一個(gè)第一金屬電極、一個(gè)第六金屬電極和一個(gè)第七金屬電極。

每對熱電偶對應(yīng)的第一金屬電極位于第一加熱電阻條之上，且通過釋放保護(hù)膜和電絕緣熱導(dǎo)通結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)與第一加熱電阻條的電學(xué)隔離和熱學(xué)導(dǎo)通；每對熱電偶的第一熱偶條的一端和第二熱偶條的一端連接對應(yīng)的第一金屬電極。

每對熱電偶對應(yīng)的第六金屬電極和第七金屬電極位于第二加熱電阻條之上，且通過釋放保護(hù)膜和電絕緣熱導(dǎo)通結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)與第二加熱電阻條的電學(xué)隔離和熱學(xué)導(dǎo)通；每對熱電偶的第一熱偶條的另一端和第二熱偶條的另一端分別連接第六金屬電極和第七金屬電極。