CN112067145A - 一种集成热敏电阻的红外热电堆传感器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成热敏电阻的红外热电堆传感器及制备方法，包括由不少于一个热电偶串联组成的热电堆区以及集成在热电堆区上的热敏电阻，热电偶包括支撑层，所述支撑层上设有复合薄膜，复合薄膜包括氮化硅层一和氧化硅层一，在复合薄膜上设有第一热偶层，所述第一热偶层上设有氧化硅层二，所述氧化硅层二上设有第二热偶层，所述第二热偶层上设有氮化硅层二，所述支撑层下端设有背腔。本发明与现有技术相比的优点在于：把热敏电阻集成到热电堆芯片中，通过半导体工艺一并实现出带有热敏电阻的热电堆，大大的减少了封装面积和成本。
Description
技术领域
本发明涉及红外热电堆传感技术领域，具体是指一种集成热敏电阻的红外热电堆传感器及制备方法。
背景技术
热电偶是一种广泛应用的温度传感器，也被用来将热势差转换为电势差。它的工作原理是基于托马斯塞贝克于1821年发现的热电效应或者赛贝客效应：两种不同金属材料A和B构成的回路中，如果两种金属的结点处温度T1和T2不同，该回路中就会产生一个温差电动势。
热电堆是将多个热电偶串联而成，在相同的温差时，热电堆的开路输出电压是所有串联热电偶的温差电动势之和。在相同的电信号检测条件下，热电堆能检测到的最小温差是单个热电偶的1/n，从而增强了对温度的分辨能力。MEMS热电堆可以实现热电堆的微缩，能够应用到便携设备中，并且由于可以集成大量的热电偶，因而可以进一步提高温度的分辨率。
MEMS热电堆红外探测器是一种基于赛贝客效应的非制冷红外探测器，其可以在常温工作，并对较大范围内的红外光响应均匀，由于成本较低，可以大批量生产，因此在安全监视、医学治疗、生命探测等方面有广泛应用。特别是体温测量领域，传统的红外探测器由微机电系统式热电堆芯片和热敏电阻封装在TO管壳中，上面窗口由红外滤光片组成，热敏电阻做为感知外部温度环境的重要元器件是不可或缺的元器件，但是带来的是封装体积上的增加。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服以上技术缺陷，提供一种集成热敏电阻的红外热电堆传感器及制备方法，把热敏电阻集成到热电堆芯片中，通过半导体工艺一并实现出带有热敏电阻的热电堆，大大的减少了封装面积和成本。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种集成热敏电阻的红外热电堆传感器，包括由不少于一个热电偶串联组成的热电堆区以及集成在热电堆区上的热敏电阻，热电偶包括支撑层，所述支撑层上设有复合薄膜，复合薄膜包括氮化硅层一和氧化硅层一，在复合薄膜上设有第一热偶层，所述第一热偶层上设有氧化硅层二，所述氧化硅层二上设有第二热偶层，所述第二热偶层上设有氮化硅层二，所述支撑层下端设有背腔。
优选的，所述氧化硅层二上开有通孔，所述第一热偶层和第二热偶层通过通孔连接。
优选的，所述第一热偶层为多晶硅层，所述第二热偶层为铂层。
一种集成热敏电阻的红外热电堆传感器的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：在支撑层上通过低温化学气相沉积工艺沉积由氮化硅层一和氧化硅层一组成的复合薄膜，厚度为1000nm-2000nm，并在背面刻蚀后，薄膜不破，做到有效的制程；
步骤二：在复合薄膜上低温化学气相沉积工艺沉积多晶硅层作为第一热偶层，厚度为500nm；
步骤三：在第一热偶层中注入硼或磷离子实现多晶硅的掺杂，并高温退火；
步骤四：在第一热偶层上常温化学气相沉积一层氧化硅层二作为绝缘层，且厚度为200nm；
步骤五：在氧化硅层二上通过蒸发或溅射一层铂层作为第二热偶层，并图形化，在其他区域将热敏电阻图形同时实现，焊盘区域图形也一并做出来；
步骤六：通过化学气相沉淀工艺在第二热偶层上沉淀一层氮化硅层二，并把焊盘区域打开；
步骤七：背面减薄，然后通过深硅刻蚀，把背腔刻蚀出来。
本发明与现有技术相比的优点在于：把热敏电阻集成到热电堆芯片中，通过半导体工艺一并实现出带有热敏电阻的热电堆，大大的减少了封装面积和成本。
附图说明
图1是本发明一种集成热敏电阻的红外热电堆传感器及制备方法的电堆传感器结构示意图。
图2是本发明一种集成热敏电阻的红外热电堆传感器及制备方法的电堆传感器连接示意图。
如图所示：1、氮化硅层一，2、氧化硅层一，3、第一热偶层，4、第二热偶层，5、氮化硅层二，6、通孔，7、热电堆区，8、热敏电阻，9、支撑层，10、氧化硅层二，11、背腔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
一种集成热敏电阻的红外热电堆传感器，包括由不少于一个热电偶串联组成的热电堆区7以及集成在热电堆区7上的热敏电阻8，热电偶包括支撑层9，所述支撑层9上设有复合薄膜，复合薄膜包括氮化硅层一1和氧化硅层一2，在复合薄膜上设有第一热偶层3，所述第一热偶层3上设有氧化硅层二10，所述氧化硅层二10上设有第二热偶层4，所述第二热偶层4上设有氮化硅层二5，所述支撑层9下端设有背腔11。
所述氧化硅层二10上开有通孔6，所述第一热偶层3和第二热偶层4通过通孔6连接。
所述第一热偶层3为多晶硅层，所述第二热偶层4为铂层。
一种集成热敏电阻的红外热电堆传感器的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：在支撑层上通过低温化学气相沉积工艺沉积由氮化硅层一和氧化硅层一组成的复合薄膜，厚度为1000nm-2000nm，并在背面刻蚀后，薄膜不破，做到有效的制程；
步骤二：在复合薄膜上低温化学气相沉积工艺沉积多晶硅层作为第一热偶层，厚度为500nm；
步骤三：在第一热偶层中注入硼或磷离子实现多晶硅的掺杂，并高温退火；
步骤四：在第一热偶层上常温化学气相沉积一层氧化硅层二作为绝缘层，且厚度为200nm；
步骤五：在氧化硅层二上通过蒸发或溅射一层铂层作为第二热偶层，并图形化，铂有很好的热敏系数，在其他区域将热敏电阻图形同时实现，焊盘区域图形也一并做出来；
步骤六：通过化学气相沉淀工艺在第二热偶层上沉淀一层氮化硅层二，并把焊盘区域打开；
步骤七：背面减薄，然后通过深硅刻蚀，把背腔刻蚀出来。
本发明在具体实施时，把热敏电阻集成到热电堆芯片中，通过半导体工艺一并实现出带有热敏电阻的热电堆，大大的减少了封装面积和成本。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种集成热敏电阻的红外热电堆传感器，其特征在于：包括由不少于一个热电偶串联组成的热电堆区(7)以及集成在热电堆区(7)上的热敏电阻(8)，热电偶包括支撑层(9)，所述支撑层(9)上设有复合薄膜，复合薄膜包括氮化硅层一(1)和氧化硅层一(2)，在复合薄膜上设有第一热偶层(3)，所述第一热偶层(3)上设有氧化硅层二(10)，所述氧化硅层二(10)上设有第二热偶层(4)，所述第二热偶层(4)上设有氮化硅层二(5)，所述支撑层(9)下端设有背腔(11)。
2.根据权利要求1所述的一种集成热敏电阻的红外热电堆传感器，其特征在于：所述氧化硅层二(10)上开有通孔(6)，所述第一热偶层(3)和第二热偶层(4)通过通孔(6)连接。
3.根据权利要求1所述的一种集成热敏电阻的红外热电堆传感器，其特征在于：所述第一热偶层(3)为多晶硅层，所述第二热偶层(4)为铂层。
4.一种集成热敏电阻的红外热电堆传感器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：在支撑层上通过低温化学气相沉积工艺沉积由氮化硅层一和氧化硅层一组成的复合薄膜，厚度为1000nm-2000nm，并在背面刻蚀后，薄膜不破，做到有效的制程；
步骤二：在复合薄膜上低温化学气相沉积工艺沉积多晶硅层作为第一热偶层，厚度为500nm；
步骤三：在第一热偶层中注入硼或磷离子实现多晶硅的掺杂，并高温退火；
步骤四：在第一热偶层上常温化学气相沉积一层氧化硅层二作为绝缘层，且厚度为200nm；
步骤五：在氧化硅层二上通过蒸发或溅射一层铂层作为第二热偶层，并图形化，在其他区域将热敏电阻图形同时实现，焊盘区域图形也一并做出来；
步骤六：通过化学气相沉淀工艺在第二热偶层上沉淀一层氮化硅层二，并把焊盘区域打开；
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