DD232981A1

DD232981A1 - METHOD FOR PRODUCING TEMPERATURE COMPENSATED DENSITY LAYER THERMOSAULES

Info

Publication number: DD232981A1
Application number: DD27160084A
Authority: DD
Inventors: Volker Baier
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1984-12-27
Filing date: 1984-12-27
Publication date: 1986-02-12

Abstract

Die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung derartiger Detektoren vermittels einheitlicher Technologie mit moeglichst wenigen Prozessschritten anzugeben, wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass mittels ueblicher Vakuumbeschichtung Verfahren zur Herstellung temperaturkompensierter Duennschichtthermosaeulen, gekennzeichnet dadurch, dass mittels ueblicher Vakuumbeschichtung zunaechst eine aus einem geeigneten Material bestehende Schicht abgeschieden wird, aus der zugleich Strukturen fuer eine Thermoschenkelgruppe, als auch fuer eine auf der Waermesenke liegende Widerstandsschicht gleicher Schichtdicke gebildet werden und danach eine aus einem gegen das zuerst aufgebrachte Material grosse Thermokraft aufweisendes Material bestehende Schicht abgeschieden wird, aus der ausschliesslich die andere Thermoschenkelgruppe gebildet wird.The object of the invention to provide a method for producing such detectors by means of uniform technology with the least possible process steps is achieved according to the invention by means of conventional vacuum coating method for producing temperature-compensated Duennschichtthermosaeulen, characterized in that by means of übeblicher vacuum coating initially a layer consisting of a suitable material is deposited, from the same structures for a thermo leg group, as well as for a lying on the heat sink resistance layer of the same thickness are formed and then one from a against the first applied material large thermoelectric material exhibiting material layer is deposited, formed exclusively from the other thermo leg group becomes.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung temperaturkompensierter Dünnschicht-Thermosäulen, welches bevorzugt bei der Herstellung von Thermoschenkelpaarungen aus Elementen der II. und Vl. Hauptgruppe des PSE Anwendung findet.The invention relates to a method for producing temperature-compensated thin-film thermopiles, which preferably in the production of thermo leg pairings of elements of II. And Vl. Main group of the PSE application.

Characteristic of the known technical solutions

Das elektrische Ausgangssignal einer Strahlungsthermosäule ist proportional der Temperaturdifferenz, die zwischen den aktiven und den Referenzverbindungsstellen der betreffenden Thermosäule bestehen. Schwankungen der Umgebungstemperatur beeinflussen die Temperatur der Referenzverbindungsstellen und verfälschen damit das Ausgangssignal von Thermosäulen. Strahlungsthermosäulen zeigen darüber hinaus eine Temperaturabhängigkeit der Empfindlichkeit durch die Temperaturabhängigkeit des Seebeck-Koeffizienten und des Wärmewiderstandes. Diese Temperatureinflüsse auf das Ausgangssignal sollen beseitigt werden. Man ordnet deshalb in bekannten Strahlungsthermosäulen in der Nähe der Referenzverbindungsstellen temperaturabhängige elektronische Bauelemente an und nutzt in speziellen Schaltungen deren Signal zur Kompensation der Störeinflüsse. In der De-OS 3.239.199 wird speziell vorgeschlagen, eine Siliziumdiode als Temperaturfühler einzusetzen. Dagegen wird in der JP-PS 57-113332 beschrieben, wie bei Verwendung von Silizium- oder Germaniumsubstraten in der Nähe der Referenzverbindungsstellen pn-Übergänge integriert werden. Es ist auch bekannt, als Temperaturfühler einen Thermistor (Baker, W. T.; Optical Spectra 11 [1977] 3, S. 44-45) bzw. eine Thermistor-Widerstandskombination (Katalog VertriebsgesellschaftLaser Components, BRD, Optoelektronik-Lasertechnik, 1983/84, S. 124-126) im Inneren des Detektorgehäuses bzw. an dessen Äußerem in gutem thermischem Kontakt zu befestigen. Außerdem ist bekannt, eine Widerstandsschicht mit geeignetem TK unmittelbar in der Nähe der Referenzverbindungsstellen zusätzlich, nach Ausbildung der Thermosäule, auf dem Substrat aufzubringen. Diese wird als Wismut-Dünnschichtwiderstandsstreifen von 25-250 Ohm ausgebildet (Datenblatt der Forschungsstelle für Meßtechnik und Automatisierung Jena, 1967, „Strahlungsthermoelement nach Kortum").The electrical output of a radiation thermopile is proportional to the temperature difference that exists between the active and reference junctions of the thermopile in question. Ambient temperature fluctuations affect the temperature of the reference junctions, distorting the output of thermopiles. Radiation thermo columns also show a temperature dependence of the sensitivity due to the temperature dependence of the Seebeck coefficient and the thermal resistance. These temperature influences on the output signal should be eliminated. Therefore, in known radiation thermo columns near the reference junctions, temperature-dependent electronic components are arranged and, in special circuits, use their signal to compensate for the interference effects. In the DE-OS 3.239.199 is specifically proposed to use a silicon diode as a temperature sensor. In contrast, JP-PS 57-113332 describes how pn junctions are integrated when using silicon or germanium substrates near the reference junctions. It is also known as a temperature sensor thermistor (Baker, WT, Optical Spectra 11 [1977] 3, pp 44-45) and a thermistor resistor combination (catalog distribution company Laser Components, Germany, optoelectronics laser technology, 1983/84, p 124-126) in the interior of the detector housing or on the outside thereof in good thermal contact. In addition, it is known, in addition to apply a resistance layer with suitable TK immediately in the vicinity of the reference junctions, after formation of the thermopile on the substrate. This is formed as bismuth thin-film resistor strips of 25-250 ohms (data sheet of the Research Center for Measurement Techniques and Automation Jena, 1967, "radiation thermocouple to Kortum").

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß den bekannten Lösungen zur Temperaturkompensation wenigstens einer der folgenden Nachteile anhaftet:In summary, it can be stated that at least one of the following disadvantages adheres to the known solutions for temperature compensation:

— Die Kompensation erfolgt mit Mitteln, die nicht in eine einheitliche Herstellungstechnoiogie integrierbar sind.Compensation is provided by means which can not be integrated into a uniform production technology.

— Die Herstellungstechnologie (wie im Falle des letzten beschriebenen Beispiels) ist mit einer Vielzahl von Strukturierungs- und Beschichtungsschritten verbunden und daher relativ aufwendig.- The production technology (as in the case of the last described example) is associated with a variety of patterning and coating steps and therefore relatively expensive.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist das Ziel der Erfindung, ein einfaches Verfahren zur Herstellung temperaturkompensierter Dünnschicht-Thermosäulen anzugeben.It is the object of the invention to provide a simple method for producing temperature-compensated thin-film thermopiles.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die Herstellung temperaturkompensierter Dünnschicht-Thermosäulen vermittels einheitlicher Technologie mit möglichst wenigen Prozeßschritten ermöglicht. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß mittels üblicher Vakuumbeschichtung zunächst eine, aus geeignetem Material —wie bevorzugterweise mit Antimon dotiertes Wismut—bestehende Schicht abgeschieden wird, aus der zugleich Strukturen für eine Thermoschenkelgruppe, als auch für eine auf der Wärmesenke liegende Widerstandsschicht gleicher Schichtdicke gebildet werden und danach eine, aus einem gegen das zuerst aufgebrachte Material große Thermokraft aufweisendes Material — bevorzugterweise Antimon — bestehende Schicht abgeschieden wird, aus der aurschließlich die andere Thermoschenkelgruppe gebildet -d. Dabei wird den jeweiligen Schichten bevorzugt eine Dicke von 400 nm gegeben. Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Funktionsschichten gleich in der erforderlichen Struktur aufzubringen bzvv. ihnen diese durch an sich bekannte lithografische Verfahren aus den jeweils geschlossenen Schichten zu geben. Besonders vorteilhaft sind unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgedehnte Kompensationsstrukturen herstellbar, die eine integrale Temperaturerfassung auf der Wärmesenke ermöglichen.The invention has for its object to provide a method that allows the production of temperature-compensated thin-film thermopile means of uniform technology with as few process steps. According to the invention, this object is achieved in that by means of conventional vacuum coating initially one, of suitable material-preferably coated with antimony doped bismuth-existing layer is formed from the same structures for a thermo leg group, as well as for a lying on the heat sink resistance layer of the same layer thickness and thereafter one, from a against the first applied material large thermo-energetic material - preferably antimony - existing layer is deposited, formed from the aurschließen only the other thermo leg group -d. In this case, the respective layers are preferably given a thickness of 400 nm. It is within the scope of the invention to apply the functional layers equal in the required structure bzvv. give them these by lithographic processes known per se from the respective closed layers. With the use of the method according to the invention, it is possible with particular advantage to produce extended compensation structures which enable integral temperature detection on the heat sink.

embodiment

Zur näheren Illustration der Erfindung soll folgendes, die Erfindung bezüglich des für die Funktionsschichten verwendeten Materials nicht beschränkendes, Ausführungsbeispiel dienen.For a more detailed illustration of the invention, the following, the invention with respect to the material used for the functional layers non-limiting, serve exemplary embodiment.

Beil · 10"³Pa wird ein oberflächenpassiviertes Siliziumsubstrat mit Antimon versetztem Wismut (1100mg Bi + 100mg Sb Verdampfereinwaage) 70s mit einer Verdampfungsrate von ca. 60Ä/s beschichtet. Aus dieser Schicht werden sowohl die Wismutthermoschenkel als auch zumindest eine auf der Wärmesenke liegende Widerstandsschicht strukturiert. Bei bevorzugten Schichtdicken von 400nm wird der Widerstandsschicht eine bevorzugte mittlere resultierende Strukturlänge von 20,15mm, beispielsweise in Mäanderform, gegeben. Danach wird eine reine Antimonbeschichtung vorgenommen. Aus der ebenfalls bevorzugterweise 400 nm dicken Antimonschicht werden dann ausschließlich die Antimonthermoschenkelgruppen gebildet.Beil x 10 ^"3 Pa coating a surface passivated silicon substrate offset with antimony bismuth (1100mg Bi + 100mg Sb Verdampfereinwaage) 70s having an evaporation rate of about 60Ä / s. From this layer, both the bismuth thermocouple legs and at least one lying on the heat sink resistor layer With preferred layer thicknesses of 400 nm, the resistive layer is given a preferred average resulting structure length of 20.15 mm, for example in meandering form, after which a pure antimony coating is carried out.

Claims

Claim:

1. A method for producing temperature-compensated Dünnschichtthermosäulen, characterized in that by means of conventional vacuum coating, first a layer consisting of a suitable material layer is deposited from the same structures for a thermo leg group, as well as for a lying on the heat sink resistance layer of the same layer thickness are formed and then a layer is deposited from a material against the first applied material large thermo-containing material existing, from which only the other thermo leg group is formed.

2. The method of item 1, characterized in that is selected for the first deposited layer is substantially Bi.

3. The method according to item 1 and 2, characterized in that the Bi-layer is given a thickness of preferably 400 nm.

4. The method according to item 1, characterized in that is selected for the second deposited layer Sb.

5. The method according to item 1 and 4, characterized in that the Sb layer is given a thickness of preferably 400 nm.