[發明專利]一種混聯結構的堆疊式熱電堆

有效

• 申請號: 201910534069.5
• 申請日: 2019-06-19
• 公開（公告）號: CN110282597B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 王德波;谷新豐;魏良棟
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00;G01J5/12
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種混聯結構的堆疊式熱電堆，屬于半導體技術領域。包括襯底；所述襯底上設置有相互串聯的并聯結構的熱電偶。本發明結構簡單，容易實現。增加了接觸面積，提高了輸出電壓，從而提高熱電堆探測器的靈敏度和溫度分辨率。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體涉及一種堆疊式熱電堆結構。

背景技術

熱電偶在溫度測量中應用極為廣泛，因為它構造簡單，使用方便，具有準確度高、溫度測量范圍寬等優點。熱電偶被用來將熱勢差轉換為電勢差。熱電偶的基本工作原理是基于物體的熱電效應，也被稱為Seebeck效應：由A、B兩種不同材料的導體一端緊密地連在一起，當兩結點溫度不等時，在另一端兩點處就會產生電勢，從而形成電流。由Seebeck效應產生的電壓可表示為：

S_A與S_B分別為兩種導體的塞貝克系數。熱電堆是由多個熱電偶串聯而成，如果S_A與S_B不隨溫度的變化而變化，N個熱電偶串聯而成的熱電堆的輸出電壓則可表示成：

V＝N(S_B-S_A)(T₂-T₁)

目前，可以通過優化熱電堆的結構改善其性能。在一種MEMS熱電堆結構及其制造方法中，通過提出兩層結構的熱電堆，將熱電堆的熱結位于吸熱的頂端，而冷結埋在導熱材料底部，減少熱結熱量的散失。此外，在一種雙層MEMS熱電堆結構中，通過在上下兩層都放置熱偶材料，并且采用對稱放置的結構。在同等面積下實現熱電偶數目的翻倍，提高靈敏度。但上述結構中的熱偶材料接觸為直接接觸，接觸面積較小。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種混聯結構的堆疊式熱電堆，以解決現有技術中存在的熱偶材料接觸面積較小的問題。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種混聯結構的堆疊式熱電堆，包括襯底，所述襯底上設置有堆疊式熱電堆。

進一步的，所述堆疊式熱電堆由熱電偶相互串聯而成。

進一步的，所述熱電偶包括半導體層和金屬層；所述半導體層并聯排列在襯底上；所述半導體層的兩端填埋在金屬層中。

進一步的，所述半導體層的個數為2-10個，半導體層均在金屬層上形成肖特基接觸。

所述半導體層和金屬層之間的金屬接觸均為立體接觸，半導體層在下，金屬層在上方將半導體層包住，半導體層除與襯底接觸的一面外其余三面均與金屬層接觸，使得單個熱電偶面積大幅增加，減小接觸電阻，從而提高輸出電壓和靈敏度。

進一步的，所述金屬層將熱電偶的熱端和冷端分別連接為熱端節點和冷端節點。

進一步的，所述熱電偶之間通過熱端節點和冷端節點相互連接。

進一步的，所述半導體層使用的材料為多晶硅或GaAs；所述金屬層使用的材料為Au、Al、Pt或Cu。

所述熱電堆通過將多個并聯的熱電堆進行串聯連接并進行堆疊設計，有效提高了輸出熱電勢以及輸出熱電流，從而提高熱電堆探測器的溫度分辨率和靈敏度。

與現有技術相比，本發明所達到的有益效果是：

與現有的MEMS熱電堆相比，這種混聯結構的堆疊式熱電堆具有顯著的優點：混聯結構的堆疊式熱電堆的熱偶接觸為立體接觸，從而增大單個熱偶接觸面積，接觸電阻減小，在相同溫度差下輸出電壓增加；因此，提高了熱電堆探測器的溫度靈敏度和分辨率。

附圖說明

圖1是本發明金屬—半導體立體接觸的截面圖；