[發明專利]具有帶有載體元件和多個熱電偶的微結構的紅外傳感器

在審

• 申請號: 201380067218.2
• 申請日: 2013-10-23
• 公開（公告）號: CN104854434A
• 公開（公告）日: 2015-08-19
• 發明（設計）人: H.黑德勒;M.G.維克
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G01J5/02
• 分類號: G01J5/02;G01J5/12;H01L27/16;H01L35/32
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 臧永杰;劉春元

技術領域

本發明涉及具有帶有載體元件和多個熱電偶的微結構的紅外傳感器。此外，本發明涉及用于制造具有載體元件和多個熱電偶的微結構的方法。

背景技術

所述類型的紅外傳感器和對應的制造方法例如由DE?10?2009?043?413?B3已知。因此，紅外傳感器可以被構造為三維微結構，在所述微結構中，各個熱電偶分別由兩個彼此并行取向的半導體棒構成，所述半導體棒自撐地從傳感器的載體元件立起（abstehen）。在其自由端部處，兩個半導體棒彼此電連接，從而兩個半導體棒一起形成雙棒。此外，兩個半導體棒由具有不同塞貝克系數的材料構成。在所述兩個半導體棒之間可以測量所謂的熱電力，也即當在雙棒的自由端部與處于傳感器底部處的其端部之間存在熱差時產生的電壓，其中在所述自由端部處，兩個半導體棒相連接。雙棒中的每一個在此情況下可以是紅外傳感器的圖像面中的圖像元素（像素）。

這種紅外傳感器例如可以被裝入到熱成像相機中。為了保證足夠的圖像分辨率，在這樣的熱成像相機中通常使用具有數千個熱電偶的紅外傳感器。為了能夠分析熱電偶或者為了能夠測量在傳感器元件之間的熱電電壓，使用相應的測量電路。由于待分析的傳感器元件的高數量，測量電子裝置需要很多結構空間。此外，存在在紅外傳感器芯片和測量電子裝置之間的電的和機械的連接的問題。

發明內容

本發明的任務因此是提供開頭所述類型的紅外傳感器，所述紅外傳感器更緊湊地被構建并且可以更成本低地來制造。

該任務通過具有權利要求1的特征的紅外傳感器和通過具有權利要求7的特征的方法來解決。本發明的有利的改進方案在從屬權利要求中予以說明。

根據本發明的紅外傳感器包括具有載體元件和多個熱電偶的微結構，其中熱電偶中的每一個均包括第一傳感器元件和第二傳感器元件，所述第一傳感器元件具有第一塞貝克系數，第二傳感器元件具有第二塞貝克系數，其中第一和第二傳感器元件從載體元件的前側穿過載體元件延伸到載體元件的背側上，并且其中第一和第二傳感器元件在載體元件的上側的區域中彼此電連接，其中載體元件構成用于集成回路的襯底，所述集成回路被構造在載體元件的背側上并且包括至少一個與第一和第二傳感器元件電連接的構件。

紅外傳感器利用微技術制造方法來制成。紅外傳感器可以由半導體材料、尤其是硅制成。紅外傳感器具有多個熱電偶。例如，紅外傳感器可以包括幾千個熱電偶。熱電偶中的每一個均包括兩個傳感器元件，所述傳感器元件具有不同的塞貝克系數。各個傳感器元件在此可以棒狀地或空心圓柱體狀地構造。優選地，各個傳感器元件彼此并行地布置并且被構造為使得所述傳感器元件基本上垂直地從載體元件的前側立起。在自由端部處，第一和第二傳感器元件分別彼此電連接。傳感器元件從自由端部穿過載體元件延伸到載體元件的背側上。在載體元件的背側處，可以量取在第一和第二傳感器元件之間的熱電電壓。

載體元件構成用于集成回路的襯底。集成回路被構造在載體元件的背側上。尤其是，集成回路直接集成到載體元件或半導體材料中。集成回路可以包括一個或多個電子構件，所述電子構件尤其是按照CMOS工藝制成。集成回路的至少一個構件在此與第一和第二傳感器元件電連接。集成回路也可以包括相應的印制導線。這能夠實現：至少用于熱電偶的分析電路的部分被集成在半導體襯底上，其中由所述半導體襯底在微技術上也制成紅外傳感器。因此，可以實現紅外傳感器的更緊湊的結構。此外，用于構建和連接技術的步驟的數量被減少。

優選地，至少一個器件被構造用于檢測在第一和第二傳感器元件之間的電壓。紅外傳感器的各自熱電偶的所謂“冷端部”位于載體元件的背側上。所謂的“熱端部”位于傳感器元件的自由端部處，在所述自由端部處，所述傳感器元件電連接。如果現在在“熱端部”和“冷端部”之間存在溫差，則形成在第一和第二傳感器元件之間的熱電電壓。該熱電電壓現在可以直接利用在載體結構的背側上的相應的器件被進一步處理。因此，每個熱電偶的信號可以直接在產生所述信號的地點處被檢測。因此，可以減小例如由于長測量線路而可能產生的測量誤差。

在一種實施方式中，集成回路包括放大器和/或模擬數字轉換器。集成回路也可以包括相應的器件，所述器件被構造用于相應地進一步處理各自的熱電偶的信號或熱電電壓。例如，測量信號可以相應地被放大。為此，放大器可以由晶體管構成，所述晶體管以CMOS工藝來制成。集成回路也可以包括元件，利用所述元件可以數字化測量信號或熱電電壓。在此也可以設想的是，集成回路包括相應的邏輯元件。這能夠實現：在紅外傳感器或傳感器芯片處直接輸出一個所準備的信號或多個信號。