DE102008002157A1 - Sensor element to spectroscopically measure infrared radiation, comprises substrate, membrane formed on substrate upper side, cavity formed below the membrane in the substrate, thermopile structure, filtering device, and thermopile cells - Google Patents

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Abstract

The sensor element comprises a substrate (1), a membrane formed on an upper side of the substrate, a cavity formed below the membrane in the substrate, a thermopile structure with lateral thermopile pairs, which have a first thermal shank made of a first semiconductor material and a second thermal shank made of a second semiconductor material, a filtering device provided for wavelength selective transmission of the infrared radiation over an adhesive layer on the membrane, and thermopile cells. Seebeck coefficients of the semiconductor materials are different. The sensor element comprises a substrate (1), a membrane formed on an upper side of the substrate, a cavity formed below the membrane in the substrate, a thermopile structure with lateral thermopile pairs, which have a first thermal shank made of a first semiconductor material and a second thermal shank made of a second semiconductor material, a filtering device provided for wavelength selective transmission of the infrared radiation over an adhesive layer on the membrane, and thermopile cells. Seebeck coefficients of the semiconductor materials are different. The first and second semiconductor materials have dopings of the same type of charge carrier (p, n). The first and second thermal shanks are directly contacted with one another in a contact surface. Both of the thermal shanks are p-doped or n-doped. A first insulating intermediate layer (2) covers the substrate outside of the cavity and extends itself over the cavity. A second insulating intermediate layer (4) is formed on a first semiconductor layer (3) of the first thermal shank, and a second semiconductor layer of the second thermal shank is formed on the second insulating intermediate layer. A contact opening (5), in which the contact surface is formed between the thermal shanks, is formed in the second insulating intermediate layer. The first thermal shank is structured in the first semiconductor layer. The second insulating intermediate layer covers the first insulating intermediate layer and the structured first semiconductor layer. The second semiconductor layer, in which the second thermal shank is formed, is applied on the second insulating intermediate layer. The second thermal shank is contacted with the first thermal shank over the contact surface formed in the contact opening. A third insulating intermediate layer covers the second semiconductor layer. An absorber layer is applied and structured on the third insulating intermediate layer for absorbing the incident infrared radiation. A structured metal layer is applied for contacting the first and/or the second semiconductor layers. The lateral thermopile pairs are arranged next to each other or on the membrane, where each thermopile pair is formed from the first thermal shank and the second thermal shank over the first thermal shank and contacted with the first thermal shank. The thermopile pairs are separated by trenches, which are formed in the membrane and subsequently filled with a closing layer. Access holes are formed in some trenches for etching the cavity below the membrane. A cap substrate is fastened in vacuum-tight connections on the coated and the structured substrate. A further cavity is formed in the cap substrate, so that the membrane is arranged between the cavity of the cap substrate and the cavity formed in the substrate. One of the semiconductor materials is lowly doped and the other semiconductor material is highly doped. The combination of the both semiconductor materials of the both semiconductor layers is obtained from n-silicon and n +>-silicon, p-silicon and p +>-silicon, n-germanium and n +>-germanium and n-silicon and n +>-silicon-germanium. Each of the thermopile cells has the cavity formed in the substrate and the membrane formed above the cavity with thermopile pairs. The thermopile cells are laterally formed next to each other and are mutually contacted. An independent claim is included for a method for producing a sensor element.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Sensorelement zur Messung von Infrarot-Strahlung, das insbesondere als IR-Sensor oder spektroskopischer Sensor bzw. als Teil eines Infrarot-Sensors oder spektroskopischen Sensors eingesetzt werden kann, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.The The invention relates to a sensor element for measuring infrared radiation, in particular as an IR sensor or spectroscopic sensor or as Part of an infrared sensor or spectroscopic sensor used and a method for its production.

Mikromechanische Sensorelemente zur Detektion von Infrarot(IR)-Strahlung werden insbesondere in Infrarot-Kameras sowie in spektroskopischen Sensoren eingesetzt. Derartige spektroskopische Sensoren dienen insbesondere zum Nachweis einer Gaskonzentration, z. B. von Kohlendioxid, in der Umgebungsluft, wozu ergänzend optische Filter zur Selektion eines relevanten Wellenlängenbereichs eingesetzt werden.Micromechanical Sensor elements for the detection of infrared (IR) radiation are in particular used in infrared cameras as well as in spectroscopic sensors. Such spectroscopic sensors are used in particular for detection a gas concentration, z. B. of carbon dioxide, in the ambient air, where complementary optical filters for the selection of a relevant Wavelength range can be used.

Die mikromechanische Sensoren können insbesondere als Thermopile-Sensoren ausgebildet werden, die mindestens ein Thermopile-Paar aus zwei miteinander kontaktierten Thermoschenkeln aus Materialen mit unterschiedlichen Seebeck-Koeffizienten aufweisen. Die heiße Kontaktstelle der Thermoschenkel ist zur thermischen Isolation gegenüber dem weiteren Substratmaterial im Allgemeinen auf einer Membran ausgebildet und wird bei einfallender IR-Strahlung erwärmt, z. B. durch ein auf der Membran aufgetragenes Absorbermaterial, z. B. einer Ru-haltigen Widerstandspaste, so dass aus der sich bei der Erwärmung bildenden elektrischen Spannung auf die Intensität der einfallenden IR-Strahlung geschlossen werden kann.The Micromechanical sensors can be used in particular as thermopile sensors be formed, the at least one thermopile pair of two interconnected thermo legs made of materials with different Seebeck coefficients have. The hot contact point the thermo leg is facing the thermal insulation the further substrate material is generally formed on a membrane and is heated by incident IR radiation, e.g. B. by an applied on the membrane absorber material, for. B. one Ru-containing resistor paste, leaving out of the heat forming electrical voltage on the intensity of the incident IR radiation can be closed.

Als Materialsysteme bzw. Materialpaare der Thermopile-Sensoren werden insbesondere Silizium und Aluminium, oder p-Silizium und n-Silizium sowie weitere Materialsysteme verwendet. Der für die Empfindlichkeit der Thermopile-Sensoren relevante Seebeck-Koeffizient S ergibt sich als Differenz der Seebeck-Koeffizienten der Materialien S1 und S2 der beiden Thermoschenkel. Typische Werte bei Thermopile-Paaren (Thermopaaren) aus Silizium und Aluminium liegen bei S = –280,3 μV/K. Aluminium ermöglicht zwar einen guten elektrischen Kontakt zu dem zweiten Thermopartner Silizium, es bewirkt aufgrund seiner hohen Wärmleitfähigkeit jedoch auch eine Wärmeableitung von der Membran und somit eine Reduktion der Membran-Temperatur im Bereich der heißen Thermokontakte. Weiterhin sind aufgrund der relativ niedrigen Schmelztemperatur von Aluminium von 660°C die nach der Aufbringung der Aluminium-Schicht nachfolgenden Prozesse auf niedrigere Prozesstemperaturen beschränkt. Auch ergibt sich bei Einsatz in einer CMOS-Prozesstechnologie aufgrund möglicher Querkontamination eine Einschränkung der nachfolgenden Prozessschritte.When Material systems or material pairs of the Thermopile sensors in particular silicon and aluminum, or p-silicon and n-silicon as well as other material systems used. The one for the sensitivity the thermopile sensors relevant Seebeck coefficient S results as the difference of the Seebeck coefficients of materials S1 and S2 the two thermo legs. Typical values for thermopile pairs (Thermocouples) made of silicon and aluminum are at S = -280.3 μV / K. Although aluminum allows a good electrical contact to the second thermal partner silicon, it causes due to its high thermal conductivity but also a heat dissipation from the membrane and thus a reduction of the membrane temperature in the area of hot thermal contacts. Furthermore are due the relatively low melting temperature of aluminum of 660 ° C the processes following the application of the aluminum layer limited to lower process temperatures. Also results when used in a CMOS process technology due to possible Cross-contamination is a limitation of the following Process steps.

Typische Werte von Thermopile-Paaren aus p-Silizium und n-Silizium liegen im Bereich von S = –360 μV/K. Der Nachteil bei dieser Materialpaarung ist die Ausbildung von Raumladungszonen bei direkter Kontaktierung der unterschiedlich dotierten Silizium-Bereiche entsprechend von bipolaren pn-Dioden. Bei einer Reihenschaltung von Thermoschenkeln zur Erhöhung des Messsignals kommt es somit zwangsweise zu einer Reihenschaltung von pn-Dioden, die immer im Wechsel in Durchlass- und Sperrrichtung geschaltet sind und somit einen hohen Innenwiderstand aufweisen. Daher werden die beiden Thermoschenkel im Allgemeinen über eine Metallisierungsebene als Hilfsebene elektrisch kontaktiert, so dass wiederum eine zusätzliche Metallisierungsschicht mit dem entsprechenden Aufwand und den genannten Nachteilen bei der Prozessierung erforderlich ist.typical Values of thermopile pairs of p-type silicon and n-type silicon are in the range of S = -360 μV / K. The disadvantage with this material pairing is the formation of space charge zones at direct contacting of the differently doped silicon regions corresponding to bipolar pn diodes. In a series connection of thermo legs to increase the measurement signal comes it thus forcibly leads to a series connection of pn-diodes, always are alternately switched in the forward and reverse direction and thus have a high internal resistance. Therefore, the two thermo legs generally via a metallization level as auxiliary level electrically contacted, so that in turn an additional Metallization layer with the appropriate effort and the disadvantages mentioned is required during processing.

Die Ausbildung der Membran kann unterschiedlich erfolgen und ist z. B. in Review of micromachined thermopiles for infrared detection, Graf, Arndt, Sauer, Gerlach 2007, Meas. Sci. Technol. Forthcoming article June 2007 beschrieben, wobei insbesondere volumenmikromechanische oder oberflächenmikromechanische Herstellungsverfahren eingesetzt werden können.The formation of the membrane can be done differently and is z. In Review of micromachined thermopiles for infrared detection, Graf, Arndt, Sauer, Gerlach 2007, Meas. Sci. Technol. Forthcoming article June 2007 in particular volume micromechanical or surface micromechanical production methods can be used.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, den Thermopile-Sensor unter Verwendung zweier Halbleitermaterialien mit einer Dotierung vom gleichen Ladungsträgertyp und unterschiedlicher Konzentration der Dotierung auszubilden, wobei die beiden Thermoschenkel direkt miteinander kontaktiert werden. Unter einem Ladungsträgertyp wird erfindungsgemäß die Art bzw. das Vorzeichen der Dotierung verstanden, d. h. p-Dotierung oder n-Dotierung.Of the Invention is based on the idea, the thermopile sensor under Use of two semiconductor materials with a doping of same charge carrier type and different concentration form the doping, the two thermo legs directly be contacted with each other. Under a load carrier type According to the invention, the type or the sign understood the doping, d. H. p-doping or n-doping.

Das Thermopile-Paare (Thermopaar) kann insbesondere hergestellt werden, indem die beiden Halbleiterschichten der Thermoschenkeln übereinander bzw. sich zumindest teilweise überlappend ausgebildet werden mit einer isolierenden Zwischenschicht, die an Kontaktstellen bzw. Kontaktflächen geöffnet ist. Dies wird prozesstechnisch vorteilhafterweise realisiert, indem zunächst die erste Halbleiterschicht abgeschieden wird, voteilhafterweise auf einer auf dem Substrat ausgebildeten ersten isolierenden Zwischenschicht, nachfolgend eine zweite isolierende Zwischenschicht auf der strukturierten Halbleiterschicht ausgebildet und mit den Kontaktöffnungen strukturiert wird, und nachfolgend die zweite Halbleiterschicht abgeschieden wird.The Thermopile pairs (thermocouples) can be produced in particular by stacking the two semiconductor layers of the thermo legs or be formed at least partially overlapping with an insulating intermediate layer, which at contact points or Contact surfaces is open. This becomes process-technically advantageously realized by first the first Semiconductor layer is deposited, voteilhafterweise on one formed on the substrate first insulating intermediate layer, Subsequently, a second insulating intermediate layer on the structured Semiconductor layer formed and patterned with the contact openings and subsequently depositing the second semiconductor layer becomes.

Die Strukturierung der Halbleiter- und Isolationsschichten kann hierbei derartig erfolgen, dass eine Reihenschaltung aus mehreren Thermopile-Paaren ausgebildet wird. Hierdurch lassen sich hohe Seebeck-Koeffizienten, z. B. etwa 200 μV/K, und entsprechend hohe Thermospannungen erreichen.The structuring of the semiconductor and insulating layers may in this case take place in such a way that a series connection of a plurality of thermopile pairs is formed. This allows high Seebeck coefficients, z. B. about 200 μV / K, and achieve correspondingly high thermoelectric voltages.

Indem erfindungsgemäß weder zur Ausbildung der Thermoschenkel selbst noch zu ihrer Kontaktierung eine Metallschicht verwendet wird, insbesondere somit auch nicht Aluminium oder ein anderes niedrig schmelzendes Metall, treten die eingangs genannten prozesstechnischen Nachteile der Beschränkung auf niedrige Prozesstemperaturen und einer möglichen Querkontamination nicht auf. Da erfindungsgemäß Halbleitermaterialien mit einer Dotierung vom gleichen Ladungsträgertyp eingesetzt werden, wird somit auch die Ausbildung von pn-Übergängen vermieden. Somit ist auch die Reihenschaltung mehrerer Thermopile-Paare zur Erzielung eines hohen Signals unproblematisch.By doing according to the invention neither for the formation of the thermo leg even still used for their contacting a metal layer is, in particular, therefore not aluminum or another low Melting metal, enter the process mentioned above Disadvantages of the restriction to low process temperatures and a possible cross-contamination not on. As according to the invention semiconductor materials used with a doping of the same charge carrier type become, thus also the education of pn transitions avoided. Thus, the series connection of several pairs Thermopile to achieve a high signal unproblematic.

Erfindungsgemäß kann auch das Absorbermaterial in einer Weise aufgebracht werden, die bei metallisierten Substraten nicht zugänglich ist, z. B. in Epitaxie-Anlagen.According to the invention also the absorber material can be applied in a manner that is not accessible to metallized substrates, z. B. in epitaxy systems.

Die Ausbildung der Kaverne unterhalb der Membran kann insbesondere oberflächenmikromechanisch durch die isolierenden Zwischenschichten und Halbleiterschichten hindurch erfolgen, d. h. unter Ausbildung von Zugangsöffnungen bzw. Ätzzugängen durch die Halbleiterschichten und Isolationsschichten hindurch zu dem Bulk-Material des Substrates, um die Kaverne zu ätzen. Diese Zugangsöffnungen können erfindungsgemäß auch als Zugangsgräben zum lateralen Strukturieren bzw. Trennen der einzelnen Thermopile-Paare verwendet werden.The Forming the cavern below the membrane can be particularly surface micromechanical through the insulating intermediate layers and semiconductor layers through, d. H. under formation of access openings or Ätzzugängen through the semiconductor layers and insulating layers to the bulk material of the substrate, to etch the cavern. These access openings can also be used according to the invention as access trenches for the lateral structuring or separation of the individual pairs of thermopile be used.

Erfindungsgemäß kann der Abschluss der Thermopile-Messstruktur nach oben zum einen durch Waferbonden mit einem geeigneten Kappensubstrat erfolgen. Alternativ hierzu kann jedoch auch eine geeignete Schicht oberhalb der Messstruktur bzw. Thermopile-Struktur ausgebildet werden, wodurch zwar eine geringere thermische Isolierung der Thermopile-Struktur nach oben erreicht wird, der zeit- und kostenaufwendige Schritt der Herstellung und des Aufbondens des zusätzlichen Kappenwafers jedoch entfallen kann.According to the invention the completion of the thermopile measuring structure upwards for a through Wafer bonding done with a suitable cap substrate. alternative However, for this purpose, a suitable layer above the measuring structure or Thermopile structure are formed, although less thermal insulation of the thermopile structure reaches the top is the time-consuming and costly step of manufacturing and However, the Aufbondens the additional cap wafer omitted can.

Die erfindungsgemäße Herstellung der Thermopile-Strukturen ist kostengünstig und ermöglicht eine hohe Packungsdichte, wobei auch mehrere Thermopile-Zellen aus jeweils einer Vielzahl von Thermopile-Paaren kombiniert und gemeinsam kontaktiert werden.The Production according to the invention of the thermopile structures is inexpensive and allows a high packing density, whereby also several Thermopile cells from in each case a multiplicity combined by Thermopile pairs and contacted together.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigen:It demonstrate:

1 bis 13 Prozessschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sensors gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen: 1 to 13 Process steps for producing a sensor according to the invention according to different embodiments:

1 bis 3 Prozessschritte zur Herstellung eines Sensors gemäß einer ersten Ausführungsform mit Kappenchip; 1 to 3 Process steps for producing a sensor according to a first embodiment with cap chip;

4 eine von 2 ausgehende Prozessvariante zur Herstellung eines Sensors mit Dünnschichtkappe; 4 one of 2 outgoing process variant for the production of a sensor with thin-film cap;

5 bis 12 eine weitere Prozessvariante mit Ausgangspunkt in 1 zur Herstellung eine Sensors mit Dünnschichtkappe; 5 to 12 another process variant with starting point in 1 for producing a sensor with a thin-film cap;

13 einen Sensor mit Kappenchip gemäß einer Ausführungsform; 13 a capped sensor according to one embodiment;

14 eine Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Sensor mit mehreren Thermopile-Paaren gemäß einer Ausführungsform; 14 a plan view of a sensor according to the invention with a plurality of pairs Thermopile according to an embodiment;

15 die Anordnung mehrerer Thermopile-Zellen gemäß einer Ausführungsform in Aufsicht. 15 the arrangement of several thermopile cells according to an embodiment in a plan view.

Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Sensorelementes wird gemäß 1 auf einem Substrat 1 aus z. B. dotiertem Silizium eine erste isolierende Zwischensicht 2 abgeschieden. Die erste Zwischenschicht 2 kann eine einzige Schicht, z. B. SiO2-Schicht, oder auch ein Schichtstapel sein, z. B. aus Oxid/Nitrid/Oxid, insbesondere Siliziumoxid/Siliziumnitrid/Siliziumoxid. Auf der ersten Zwischenschicht 2 wird eine erste Halbleiterschicht 3 aus einem ersten Halbleitermaterial mit Seebeck-Koeffizienten S1, vorzugsweise aus Silizium erster Dotierung, zur Ausbildung des ersten Thermoschenkels abgeschieden und strukturiert. Hierbei werden in der ersten Halbleiterschicht mehrere durch Freiräume voneinander getrennte Bereiche 3a ausgebildet. Diese Strukturierung wie auch die nachfolgenden Strukturierungen erfolgen mit den üblichen prozesstechnischen Mitteln wie Maskieren, Ätzen usw.For the production of the sensor element according to the invention is according to 1 on a substrate 1 from z. B. doped silicon, a first insulating intermediate view 2 deposited. The first intermediate layer 2 can a single layer, for. B. SiO2 layer, or even a layer stack, z. B. of oxide / nitride / oxide, in particular silicon oxide / silicon nitride / silicon oxide. On the first intermediate layer 2 becomes a first semiconductor layer 3 from a first semiconductor material with Seebeck coefficients S1, preferably of silicon first doping, deposited and structured to form the first thermo leg. In this case, a plurality of regions separated from each other by free spaces are formed in the first semiconductor layer 3a educated. This structuring as well as the subsequent structuring are carried out by the usual process engineering means such as masking, etching, etc.

Auf der strukturierten Halbleiterschicht 3 wird nachfolgend eine isolierende zweite Zwischenschicht 4, insbesondere ein Oxid, z. B. SiO2, abgeschieden und derartig strukturiert, dass in der zweiten Zwischenschicht 4 oberhalb jedes Bereichs 3a mindestens eine erste Kontaktöffnung 5 ausgebildet ist.On the structured semiconductor layer 3 subsequently becomes an insulating second intermediate layer 4 , in particular an oxide, for. As SiO 2, deposited and structured such that in the second intermediate layer 4 above each area 3a at least one first contact opening 5 is trained.

Nachfolgend wird gemäß 2 eine zweite Halbleiterschicht 6 aus einem zweiten Halbleitermaterial mit Seebeck-Koeffizienten 82 auf der zweiten Zwischenschicht 4 abgeschieden und strukturiert. Hierbei füllt die zweite Halbleiterschicht 6 auch die ersten Kontaktöffnungen 5 und kontaktiert die erste Halbleiterschicht 3 in Kontaktflächen 37; vorteilhafterweise werden in der zweiten Halbleiterschicht 6 wiederum lateral getrennte Bereiche 6a ausgebildet, so dass jeweils ein Bereich 6a mit einem darunter liegenden Bereich 5a als ein Thermopile-Paar 32 ausgebildet wird, wobei insbesondere auch eine Reihenschaltung von mehreren Thermopile-Paaren 32 gebildet werden kann.The following is according to 2 a second semiconductor layer 6 from a second semiconductor material with Seebeck coefficients 82 on the second intermediate layer 4 isolated and structured. In this case, the second semiconductor layer fills 6 also the first contact openings 5 and contacts the first semiconductor layer 3 in contact areas 37 ; Advantageously, in the second semiconductor layer 6 again laterally separated areas 6a designed so that each one area 6a with an underlying area 5a as a thermopile pair 32 is formed, in particular, a series connection of a plurality of thermopile pairs 32 can be formed.

Die Halbleitermaterialien der ersten Halbleiterschicht 3 und der zweiten Halbleiterschicht 6 weisen unterschiedliche Seebeck-Koeffizienten S1 und S2 auf und sind mit gleicher Dotierung bzw. gleichem Ladungsträgertyp dotiert, d. h. beide p-dotiert oder n-dotiert, aber mit unterschiedlicher Ladungsträgerkonzentration.The semiconductor materials of the first semiconductor layer 3 and the second semiconductor layer 6 have different Seebeck coefficients S1 and S2 and are doped with the same doping or the same charge carrier type, ie both p-doped or n-doped, but with different carrier concentration.

Nachfolgend wird gemäß 3 eine dritte isolierende Zwischenschicht 7, vorzugsweise als Oxid, z. B. SiO2, abgeschieden, die somit die strukturierte zweite Halbleiterschicht 6 und die freiliegenden Bereiche der zweiten isolierenden Zwischenschicht 4 bedeckt. Nachfolgend wird eine Hilfsschicht 8 als Absorberschicht abgeschieden und derartig strukturiert, dass sie in einem mittleren Bereich oberhalb der Thermopile-Paare 32 ausgebildet ist. Die Hilfsschicht 8 kann eine einzige Schicht oder auch eine Schichtstapel aus mehreren Zwischenschichten sein. Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens kann z. B. auch eine hochdotierte epitaktische Siliziumschicht als Hilfsschicht 8 verwendet werden. Die isolierenden Zwischenschichten 4 und 7 werden hierbei derartig strukturiert, dass lateral außerhalb ein Kontaktierbereich 3c der ersten Halbleiterschicht 3, ggf. auch ein entsprechender Bereich der zweiten Halbleiterschicht 6, freigelegt ist, auf denen nachfolgend eine erste Metallisierungsschicht 10 als Bondpad-Metallisierung zur Kontaktierung abgeschieden und strukturiert wird.The following is according to 3 a third insulating intermediate layer 7 , preferably as an oxide, for. B. SiO2 deposited, thus the structured second semiconductor layer 6 and the exposed portions of the second insulating interlayer 4 covered. The following is an auxiliary layer 8th deposited as an absorber layer and structured such that they are in a central region above the thermopile pairs 32 is trained. The auxiliary layer 8th may be a single layer or even a layer stack of several intermediate layers. Due to the method according to the invention can, for. As well as a highly doped epitaxial silicon layer as an auxiliary layer 8th be used. The insulating intermediate layers 4 and 7 are structured in such a way that laterally outside a contacting region 3c the first semiconductor layer 3 , If necessary, also a corresponding region of the second semiconductor layer 6 , is exposed, on which subsequently a first metallization 10 is deposited as a bond pad metallization for contacting and structured.

Im lateral mittleren Bereich wird gemäß 3 im Substrat 1 eine Kaverne 9 unterhalb des Absorbermaterials 8 ausgebildet, so dass oberhalb der Kaverne 9 die Zwischenschichten 2, 4 und 7 und Halbleiterschichten 3, 6 sowie der Absorber 8 eine Membran 33 ausbilden, die frei tragend und somit vom Bulkmaterial des Substrats 1 thermisch weitgehend isoliert ist. Die Kaverne 9 kann hierbei in an sich bekannter Weise ausgebildet werden, d. h. wie eingangs beschrieben volumenmikromechanisch (bulkmikromechanisch) oder oberflächenmikromechanisch.In lateral middle part becomes according to 3 in the substrate 1 a cavern 9 below the absorber material 8th formed so that above the cavern 9 the intermediate layers 2 . 4 and 7 and semiconductor layers 3 . 6 as well as the absorber 8th a membrane 33 form the free-bearing and thus bulk material of the substrate 1 thermally largely isolated. The cavern 9 In this case, it can be formed in a manner known per se, ie, as described above, volume micromechanical (bulky micromechanical) or surface micromechanical.

Nachfolgend wird ein Kappensubstrat 12 bzw. Kappenchip, in dem durch Ätzen, z. B. KOH-Ätzen, von einer Seite her eine Kaverne 12a ausgebildet ist, auf der Oberseite des Substrates 1, das heißt z. B. auf der dritten Zwischenschicht 7, mittels vakuumdichter Sealglas-Zwischenschichten 11 befestigt, so dass die Membran 33 mitsamt dem Absorber 8 zwischen den Kavernen 9 und 12a angeordnet.The following is a cap substrate 12 or cap chip, in which by etching, z. B. KOH etching, from one side a cavern 12a is formed on the top of the substrate 1 , ie z. B. on the third intermediate layer 7 , by means of vacuum-tight seal glass intermediate layers 11 attached, leaving the membrane 33 together with the absorber 8th between the caverns 9 and 12a arranged.

Der Kappenchip 12 ist hierbei im relevanten Spektralbereich der zu detektierenden IR-Strahlung transparent; das Absorbermaterial der Absorberschicht 8 absorbiert einfallende IR-Strahlung und erwärmt sich und die gesamte Membran 33 entsprechend. Somit zeigt 3 ein Sensorelement 35, auf dem gegebenenfalls noch ein wellenlängenselektives Filter anzubringen ist.The cap chip 12 is transparent in the relevant spectral range of the IR radiation to be detected; the absorber material of the absorber layer 8th absorbs incident IR radiation and heats up and the entire membrane 33 corresponding. Thus shows 3 a sensor element 35 on which, if appropriate, a wavelength-selective filter is to be attached.

4 zeigt eine Prozessvariante einer Ausführungsform mit Ausgangspunkt in 2. Hierbei wird von 2 ausgehend die isolierende dritte Zwischenschicht 7 abgeschieden und derartig strukturiert, dass mindestens eine zweite Kontaktöffnung 13 oder auch mehrere Kontaktöffnungen 13 in der dritten Zwischenschicht 7 ausgebildet werden. Nachfolgend wird auf der dritten Zwischenschicht 7 eine dritte Halbleiterschicht 14 abgeschieden, die in der Kontaktöffnung 13 die zweite Halbleiterschicht 6 kontaktiert. Die dritte Halbleiterschicht 14 kann insbesondere epitaktisch abgeschiedenes Silizium sein. Danach ist die Herstellung von z. B. Dünnschichtkappen durch Weiterprozessierung möglich. 4 shows a process variant of an embodiment with starting point in 2 , This is from 2 starting from the insulating third intermediate layer 7 deposited and structured such that at least one second contact opening 13 or several contact openings 13 in the third intermediate layer 7 be formed. The following is on the third intermediate layer 7 a third semiconductor layer 14 deposited in the contact opening 13 the second semiconductor layer 6 contacted. The third semiconductor layer 14 In particular, it may be epitaxially deposited silicon. Thereafter, the production of z. B. thin-film caps by further processing possible.

5 zeigt eine zu 4 alternative Prozessvariante mit Ausgangspunkt in 1. Hierbei wird die zweite Halbleiterschicht 6 aufgebracht, vorzugsweise als epitaktisches Silizium. Nachfolgend wird gemäß 6 die dritte Zwischenschicht 7, vorzugsweise als Oxid, aufgebracht und derartig strukturiert, dass eine erste Grabenöffnung 15 und eine zweite Grabenöffnung 16 ausgebildet werden; die zweiten Grabenöffnungen 16 sind hierbei breiter als die ersten Grabenöffnungen 15. 5 shows one too 4 alternative process variant with starting point in 1 , Here, the second semiconductor layer becomes 6 applied, preferably as epitaxial silicon. The following is according to 6 the third intermediate layer 7 , preferably as an oxide, applied and structured such that a first trench opening 15 and a second trench opening 16 be formed; the second trench openings 16 are wider here than the first trench openings 15 ,

Nachfolgend wird gemäß 7 die zweite Halbleiterschicht 6 unter Verwendung der dritten Zwischenschicht 7 als Ätzmaske strukturiert. Hier kann insbesondere Plasma-Ätzen eingesetzt werden bzw. ein anderes Ätzverfahren, das die Ausbildung im Wesentlichen vertikaler Gräben ermöglicht. Gemäß 7 werden die Grabenöffnungen 15 und 16 vertikal nach unten durch die zweite Halbleiterschicht 6 bis zu der zweiten Zwischenschicht 4 ausgebildet.The following is according to 7 the second semiconductor layer 6 using the third intermediate layer 7 structured as an etching mask. In particular, plasma etching or another etching method that allows the formation of substantially vertical trenches can be used here. According to 7 become the trench openings 15 and 16 vertically down through the second semiconductor layer 6 to the second intermediate layer 4 educated.

Gemäß 8 wird nachfolgend eine Hilfsschicht 29 als Passivierung an den Wänden der Grabenöffnungen 15 und 16 ausgebildet. Die Ausbildung dieser Hilfsschicht 29 kann insbesondere durch thermische Oxidation des Silizium-Materials der zweiten Halbleiterschicht 6, oder auch durch Aufbrin gen einer PECVD-Oxidschicht erfolgen. (plasma enhanced chemical vapour deposition-Oxidschicht) Hierdurch werden die schmaleren ersten Grabenöffnungen 15 gefüllt und an den Wänden der breiteren zweiten Grabenöffnungen 16 ein Seitenwandschutz ausgebildet.According to 8th subsequently becomes an auxiliary layer 29 as passivation on the walls of the trench openings 15 and 16 educated. The formation of this auxiliary layer 29 can in particular by thermal oxidation of the silicon material of the second semiconductor layer 6 , Or by Aufbrin conditions of a PECVD oxide layer done. (Plasma enhanced chemical vapor deposition oxide layer) This makes the narrower first trench openings 15 filled and on the walls of the wider second trench openings 16 formed a sidewall protection.

Gemäß 9 werden nachfolgend Perforationsöffnungen 17 am Boden der Grabenöffnungen 16 ausgebildet, die durch die isolierenden Zwischenschichten 4 und 2 bis in das Bulkmaterial des Substrates 1 verlaufen. Dies erfolgt durch einen gerichteten Ätzschritt zum Ätzen von Oxid, z. B. durch ein Plasma-Ätzverfahren.According to 9 subsequently perforation openings 17 at the bottom of the trench openings 16 formed by the insulating intermediate layers 4 and 2 into the bulk material of the substrate 1 run. This is done by a directional etching step for etching oxide, e.g. B. by a plasma etching process.

Nachfolgend wird gemäß 10 die Grabenöffnung 16 als Zugang zum Ätzen der Kaverne 18 im Substrat 1 verwendet. Dieser Ätzvorgang kann insbesondere durch ein siliziumselektiv ätzendes Gas, z. B. durch CIF3-Ätzen erfolgen. Die Zwischenschicht 2 und die Hilfsschicht 29 dienen als Schutz der nicht zu ätzenden Strukturen.The following is according to 10 the trench opening 16 as access to the etching of the cavern 18 in the substrate 1 used. This etching process can be achieved in particular by a silicon-selectively etching gas, for. B. by CIF3 etching. The intermediate layer 2 and the auxiliary layer 29 serve as protection of non-corrosive structures.

Gemäß 11 werden nachfolgend die zweiten Grabenöffnungen 16 durch Aufbringen einer Verschlussschicht 19, vorzugsweise einer PECVD-Oxidschicht 19, verschlossen. Hierdurch ergibt sich eine hermetisch dichte Verpackung der erzeugten Membran 34 in der Kaverne 18.According to 11 subsequently the second trench openings 16 by applying a sealing layer 19 , preferably a PECVD oxide layer 19 , locked. This results in a hermetically sealed packaging of the membrane produced 34 in the cavern 18 ,

Gemäß 12 werden nachfolgend die dritte Zwischenschicht 7 und die Verschlussschicht 19 strukturiert und hierdurch die zweite Kontaktöffnung 13 ausgebildet, auf der die Metallisierungsschicht 10 mit entsprechender Strukturierung ausgeschieden wird, die als optischer Reflektor und als elektrische Kontaktschicht für Bondpads dient.According to 12 subsequently become the third intermediate layer 7 and the sealing layer 19 structured and thereby the second contact opening 13 formed on the metallization layer 10 is precipitated with appropriate structuring, which serves as an optical reflector and as an electrical contact layer for bond pads.

Nachfolgend kann bei dieser Ausführungsform direkt ein optischer Filter 21 mit einem geeigneten, im IR-Bereich transparenten und einen geeigneten Brechungsindex aufweisenden Kleber 20 aufgeklebt werden, wobei der Filter 21 in an sich bekannter Weise eine wellenlängenselektive Transmission von IR-Strahlung zulässt. 12 zeigt somit ein Sensorelement 36 mit Dünnschichtkappe und ohne Verwendung eines KappenchipsSubsequently, in this embodiment, directly an optical filter 21 with a suitable transparent in the IR range and having a suitable refractive index adhesive 20 be adhered, the filter 21 in a manner known per se allows a wavelength-selective transmission of IR radiation. 12 thus shows a sensor element 36 with thin-film cap and without the use of a cap chip

13 zeigt eine weitere Prozessvariante mit Ausgangspunkt in 11. Von 11 ausgehend werden zunächst die Verschlussschicht 19 und die darunter liegende dritte Zwischenschicht 7 derartig strukturiert, dass wiederum – entsprechend 12 – zweite Kontaktöffnungen 13 ausgebildet werden, woraufhin eine Metallisierungsschicht 10 als optischer Reflektor und elektrische Kontaktschicht abgeschieden und strukturiert wird, so dass Bondpads 22. Nachfolgend wird das Kappensubstrat 12 bzw. Kappenchip gebondet, z. B. wiederum mittels Seal-Glas-Verbindungen, wobei entsprechend 3 die Kaverne 12a oberhalb der Messstruktur ausgebildet ist, so dass sich eine freitragende Membran 33a ergibt. Auf der Oberseite des Kappenchips 12 wird das optische Filter 21 mit einem optisch geeigneten Kleber 20 befestigt. 13 shows another process variant with starting point in 11 , From 11 starting from the first layer of the closure 19 and the underlying third intermediate layer 7 structured in such a way that in turn - accordingly 12 - second contact openings 13 be formed, whereupon a metallization layer 10 As an optical reflector and electrical contact layer is deposited and patterned, so that bond pads 22 , The following is the cap substrate 12 or cap chip bonded, z. B. again by means of seal glass compounds, where appropriate 3 the cavern 12a is formed above the measuring structure, so that a self-supporting membrane 33a results. On the top of the cap chip 12 becomes the optical filter 21 with an optically suitable adhesive 20 attached.

Das Sensorelement 37 der 13 mit dem Kappensubstrat 12 ermöglicht hierbei eine bessere thermische Isolation als das Sensorelement 35 aus 12, bei dem das direkt auf der Oberseite der Membran 34 großflächig befestigte optische Filter 21 zur lateralen Wärmleitung beiträgt. Da in 12 jedoch die zusätzliche Ausbildung des Kappensubstrats 12 und der zusätzliche Prozessschritt der Anbringung des Kappensubstrats 12 entfallen, kann das Sensorelement 36 aus 12 kostengünstiger hergestellt werden.The sensor element 37 of the 13 with the cap substrate 12 allows a better thermal insulation than the sensor element 35 out 12 in which the directly on top of the membrane 34 large area mounted optical filters 21 contributes to the lateral heat conduction. Because in 12 however, the additional formation of the cap substrate 12 and the additional process step of attaching the cap substrate 12 omitted, the sensor element 36 out 12 be made cheaper.

14 zeigt eine Aufsicht auf einen Teil der Sensorausbildungen der zweiten und dritten Ausführungsform, wobei zur Verdeutlichung die Merkmale nur teilweise eingezeichnet sind. Lateral außen sind bereits die Bondpads 22 ausgebildet. Die Perforationslöcher 25 entsprechen den Grabenöffnungen 16 und dienen der Ausbildung der Kaverne 18, wobei in 14 die Ätzfront 24 im Silizium-Material des Substrates 1 nach dem CIF3-Ätzen eingezeichnet ist. Es kann bei dieser Ausbildung somit eine kreuzförmige Kaverne 18 aus gebildet werden, oberhalb von der der Absorberbereich 23 vorgesehen ist. Die einzelnen Thermoschenkel 26 erstrecken sich somit lateral vom Rand her oberhalb der Kaverne 18 zum mittleren Bereich der Membran, auf dem der Absorber 23 vorgesehen ist. Durch Reisschaltung einer Vielzahl von Thermoschenkel 26 kann somit ein hohes Messsignal erreicht werden. Die Bereiche 27 stellen Wärmesenken dar. 14 shows a plan view of a portion of the sensor designs of the second and third embodiment, wherein the features are only partially drawn for clarity. Lateral outside are already the bond pads 22 educated. The perforation holes 25 correspond to the trench openings 16 and serve the formation of the cavern 18 , where in 14 the etching front 24 in the silicon material of the substrate 1 after the CIF3 etching is drawn. It can thus in this training, a cruciform cavern 18 be formed from above the absorber area 23 is provided. The individual thermo legs 26 thus extend laterally from the edge above the cavern 18 to the middle region of the membrane on which the absorber 23 is provided. By rice circuit a variety of thermal legs 26 Thus, a high measurement signal can be achieved. The areas 27 represent heat sinks.

In 15 ist entsprechend die Ausbildung mehrerer Thermopile-Zellen 30 mit Zwischenstegen 28 als Stabilisierungselementen in dem Substrat 1 gezeigt; 15 ist hierbei insbesondere für die Ausbildungsform nach Prozessvariante 2, d. h. gemäß 4 bis 12, relevant.In 15 is accordingly the formation of several thermopile cells 30 with intermediate webs 28 as stabilizing elements in the substrate 1 shown; 15 is here in particular for the training form according to process variant 2 , ie according to 4 to 12 , relevant.

Erfindungsgemäß können somit direkte Kontaktflächen 37 zwischen den beiden Thermoschenkeln bzw. den Halbleiter-Bereichen der ersten Halbleiterschicht 3 und der zweiten Halbleiterschicht 6 ausgebildet werden.According to the invention thus direct contact surfaces 37 between the two thermo legs or the semiconductor regions of the first semiconductor layer 3 and the second semiconductor layer 6 be formed.

Die Halbleitermaterialien der ersten Halbleiterschicht 3 und zweiten Halbleiterschicht 6 sind mit gleicher Dotierung bzw. gleichem Ladungsträgertyp dotiert, d. h. beide p-dotiert oder n-dotiert, mit unterschiedlicher Ladungsträgerkonzentration. Vorteilhafte Kombinationen sind insbesondere n-Silizium und n+-Silizium, oder p-Silizium und p+-Silizium, n-Germanium und n+-Germanium, d. h. ein Halbleitermaterial mit einfacher Dotierung in einer Halbleiterschicht und ein entsprechend hoch dotiertes Halbleitermaterial in der anderen Halbleiterschicht. Weiterhin sind jedoch auch Kombinationen wie z. B. n-Silizium und n+-SiGe vorteilhaft.The semiconductor materials of the first semiconductor layer 3 and second semiconductor layer 6 are doped with the same doping or the same charge carrier type, ie both p-doped or n-doped, with different carrier concentration. Advantageous combinations are in particular n-silicon and n + -silicon, or p-silicon and p + -silicon, n-germanium and n + -germanium, ie a semiconductor material with a simple doping in a semiconductor layer and a correspondingly highly doped semiconductor material in the other semiconductor layer. Furthermore, however, combinations such. As n-silicon and n + -SiGe advantageous.

Zwar unterscheiden sich die Seebeck-Koeffizienten S1 und S2 der beiden Halbleitermaterialien zunächst nicht so stark wie bei herkömmlichen Kombinationen, d. h. die Differenz ist relativ klein; erfindungsgemäß kann durch die direkte Kontaktierung jedoch eine hohe Anzahl von Thermopile-Paaren ausgebildet werden, so dass insgesamt hohe Seebeck-Koeffizienten S von z. B. 200 μv/K hergestellt werden können.Although the Seebeck coefficients S1 and S2 of the two semiconductor materials initially do not differ as much as in conventional combinations, ie the difference is relatively small; OF INVENTION However, according to the direct contacting, a large number of thermopile pairs can be formed so that overall high Seebeck coefficients S of z. B. 200 μv / K can be produced.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - Review of micromachined thermopiles for infrared detection, Graf, Arndt, Sauer, Gerlach 2007, Meas. Sci. Technol. Forthcoming article June 2007 [0006] - Review of micromachined thermopiles for infrared detection, Graf, Arndt, Sauer, Gerlach 2007, Meas. Sci. Technol. Forthcoming article June 2007 [0006]

Claims (22)

Sensorelement zur Messung von Infrarot-Strahlung, insbesondere für spektroskopische Messungen, wobei das Sensorelement (35, 36, 37) mindestens aufweist: ein Substrat (1), eine auf der Oberseite des Substrates (1) ausgebildete Membran (33, 33a, 34) und eine unterhalb der Membran (33, 33a, 34) in dem Substrat (1) ausgebildete Kaverne (9, 18), eine Thermopile-Struktur (30, 32) mit mindestens einem Thermopile-Paar (32), das einen ersten Thermoschenkel (3a, 26) aus einem ersten Halbleitermaterial und einen zweiten Thermoschenkel (6a, 26) aus einem zweiten Halbleitermaterial aufweist, wobei die Seebeck-Koeffizienten (S1, S2) des ersten Halbleitermaterials und des zweiten Halbleitermaterials verschieden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Halbleitermaterial der ersten Thermoschenkel (3a) und das zweite Halbleitermaterial der zweiten Thermoschenkel (6a) Dotierungen des gleichen Ladungsträgertyps (p, n) aufweisen, und der erste Thermoschenkel (3a) und der zweite Thermoschenkel (6a) eines Thermopile-Paares (32) direkt in mindestens einer Kontaktfläche (37) miteinander kontaktiert sind.Sensor element for measuring infrared radiation, in particular for spectroscopic measurements, wherein the sensor element ( 35 . 36 . 37 ) at least: a substrate ( 1 ), one on top of the substrate ( 1 ) formed membrane ( 33 . 33a . 34 ) and one below the membrane ( 33 . 33a . 34 ) in the substrate ( 1 ) trained cavern ( 9 . 18 ), a thermopile structure ( 30 . 32 ) with at least one thermopile pair ( 32 ), which has a first thermo leg ( 3a . 26 ) of a first semiconductor material and a second thermo leg ( 6a . 26 ) of a second semiconductor material, wherein the Seebeck coefficients (S1, S2) of the first semiconductor material and the second semiconductor material are different, characterized in that the first semiconductor material of the first thermo leg ( 3a ) and the second semiconductor material of the second thermo leg ( 6a ) Have dopants of the same charge carrier type (p, n), and the first thermo leg ( 3a ) and the second thermo leg ( 6a ) of a thermopile pair ( 32 ) directly in at least one contact surface ( 37 ) are contacted with each other. Sensorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Thermoschenkel (3a, 6a) eines Thermopile-Paares (32) entweder beide p-dotiert oder beide n-dotiert sind.Sensor element according to claim 1, characterized in that the two thermo legs ( 3a . 6a ) of a thermopile pair ( 32 ) are either both p-doped or both are n-doped. Sensorelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer ersten Halbleiterschicht (3) des ersten Thermoschenkels (3a) eine isolierende Zwischenschicht (4) ausgebildet ist, und auf der isolierenden Zwischenschicht (4) eine zweite Halbleiterschicht (6) des zweiten Thermoschenkels (6a) ausgebildet ist, wobei in der isolierenden Zwischenschicht (4) mindestens eine Kontaktöffnung (5) ausgebildet ist, in der die mindestens eine Kontaktfläche (37) zwischen dem ersten Thermoschenkel (3a) und dem zweiten Thermoschenkel (6a) ausgebildet ist.Sensor element according to claim 1 or 2, characterized in that on a first semiconductor layer ( 3 ) of the first thermo leg ( 3a ) an insulating intermediate layer ( 4 ), and on the insulating intermediate layer ( 4 ) a second semiconductor layer ( 6 ) of the second thermo leg ( 6a ) is formed, wherein in the insulating intermediate layer ( 4 ) at least one contact opening ( 5 ) is formed, in which the at least one contact surface ( 37 ) between the first thermo leg ( 3a ) and the second thermo leg ( 6a ) is trained. Sensorelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran aufweist: eine erste isolierende Zwischenschicht (2), die das Substrat (1) außerhalb der Kaverne (9, 18) bedeckt und sich über die Kaverne (9, 18) erstreckt, eine erste Halbleiterschicht (3), in der die ersten Thermoschenkel (3a) strukturiert sind, eine isolierende zweite Zwischenschicht (4), die die erste isolierende Zwischenschicht (2) und die strukturierte erste Halbleiterschicht (3) bedeckt und in der Kontaktöffnungen (5) ausgebildet sind, eine auf der zweiten isolierenden Zwischenschicht (4) aufgetragene zweite Halbleiterschicht (6), in der die zweiten Thermoschenkel (6a) ausgebildet sind, wobei die zweiten Thermoschenkel über in den Kontaktöffnungen (5) ausgebildete Kontaktflächen (37) mit den ersten Thermoschenkeln (3a) kontaktiert sind, und eine isolierende dritte Zwischenschicht (7), die die zweite Halbleiterschicht (6) bedeckt.Sensor element according to claim 3, characterized in that the membrane comprises: a first insulating intermediate layer ( 2 ), which is the substrate ( 1 ) outside the cavern ( 9 . 18 ) and over the cavern ( 9 . 18 ), a first semiconductor layer ( 3 ), in which the first thermo legs ( 3a ), an insulating second intermediate layer ( 4 ), which is the first insulating intermediate layer ( 2 ) and the structured first semiconductor layer ( 3 ) and in the contact openings ( 5 ), one on the second insulating intermediate layer ( 4 ) applied second semiconductor layer ( 6 ), in which the second thermo leg ( 6a ) are formed, wherein the second thermal leg over in the contact openings ( 5 ) formed contact surfaces ( 37 ) with the first thermo legs ( 3a ), and an insulating third intermediate layer ( 7 ), which the second semiconductor layer ( 6 ) covered. Sensorelement nach dem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dritten Zwischenschicht (7) eine Absorberschicht (8) zur Absorption der einfallenden IR-Strahlung aufgetragen und strukturiert ist.Sensor element according to claim 4, characterized in that on the third intermediate layer ( 7 ) an absorber layer ( 8th ) is applied and structured to absorb the incident IR radiation. Sensorelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine strukturierte Metallschicht (10) zur Kontaktierung der ersten und/oder zweiten Halbleiterschicht (3, 6) aufgetragen ist.Sensor element according to claim 4 or 5, characterized in that a structured metal layer ( 10 ) for contacting the first and / or second semiconductor layer ( 3 . 6 ) is applied. Sensorelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermopile-Struktur (30, 32) mehrere lateral nebeneinander in oder auf der Membran (33, 33a, 34) angeordnete Thermopile-Paare (32) aufweist, wobei jedes Thermopile-Paar (32) aus einem ersten Thermoschenkel (3a) und einem über dem ersten Thermoschenkel (3a) und mit diesem kontaktierten zweiten Thermoschenkel (6a) ausgebildet ist.Sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that the thermopile structure ( 30 . 32 ) several lateral side by side in or on the membrane ( 33 . 33a . 34 ) arranged thermopile pairs ( 32 ), each thermopile pair ( 32 ) from a first thermo leg ( 3a ) and one above the first thermo leg ( 3a ) and contacted with this second thermo leg ( 6a ) is trained. Sensorelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die lateral neben einander angeordneten Thermopile-Paare (32) durch in der Membran (33, 33a, 34) ausgebildete und nachfolgend mit einer Verschlussschicht (19) aufgefüllte Gräben (15, 16) getrennt sind.Sensor element according to claim 7, characterized in that the laterally adjacent thermopile pairs ( 32 ) through in the membrane ( 33 . 33a . 34 ) and subsequently with a sealing layer ( 19 ) filled trenches ( 15 . 16 ) are separated. Sensorelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einigen Gräben (16) Zugangslöcher (25) zum Ätzen der Kaverne (9, 18) unterhalb der Membran (33, 33a, 34) ausgebildet sind.Sensor element according to claim 8, characterized in that at least in some trenches ( 16 ) Access holes ( 25 ) for etching the cavern ( 9 . 18 ) below the membrane ( 33 . 33a . 34 ) are formed. Sensorelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem beschichteten und strukturierten Substrat (1) ein Kappensubstrat (12) in vakuumdichten Verbindungen (11) befestigt ist, wobei in dem Kappensubstrat (12) eine Kaverne (12a) derartig ausgebildet ist, dass die Membran (33, 33a) zwischen der Kaverne (12a) des Kappensubstrats (12) und der in dem Substrat (1) ausgebildeten Kaverne (9, 18) angeordnet ist.Sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that on the coated and structured substrate ( 1 ) a cap substrate ( 12 ) in vacuum-tight joints ( 11 ), wherein in the cap substrate ( 12 ) a cavern ( 12a ) is designed such that the membrane ( 33 . 33a ) between the cavern ( 12a ) of the cap substrate ( 12 ) and in the substrate ( 1 ) cavern ( 9 . 18 ) is arranged. Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Filtereinrichtung (21) zur wellenlängenselektiven Transmission der IR-Strahlung über eine Klebeschicht (20) auf der Membran (34) angebracht ist.Sensor element according to one of claims 1 to 9, characterized in that a filter device ( 21 ) for the wavelength-selective transmission of the IR radiation via an adhesive layer ( 20 ) on the membrane ( 34 ) is attached. Sensorelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eines der beiden Halbleitermaterialien niedrig dotiert und das andere der beiden Halbleitermaterialien hochdotiert ist.Sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that one of both semiconductor materials are low doped and the other of the two semiconductor materials is heavily doped. Sensorelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination der beiden Halbleitermaterialien der beiden Halbleiterschichten (3, 6) aus der folgenden Gruppe entnommen ist: n-Silizium und n+-Silizium, p-Silizium und p+-Silizium, n-Germanium und n+-Germanium, n-Silizium und n+-SiGe.Sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that the combination of the two semiconductor materials of the two semiconductor layers ( 3 . 6 ) is taken from the following group: n-type silicon and n + type silicon, p-type silicon and p + type silicon, n-germanium and n + type germanium, n-type silicon and n + -SiGe. Sensorelement nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mehrere Thermopile-Zellen (30) aufweist, wobei jede Thermopile-Zellen (30) jeweils eine in dem Substrat (1) ausgebildete Kaverne (9, 18) und eine oberhalb der Kaverne ausgebildete Membran (33, 33a, 34) mit mehreren Thermopile-Paaren (32) aufweist, wobei die Thermopile-Zellen (30) lateral nebeneinander ausgebildet und gemeinsam kontaktiert sind.Sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a plurality of thermopile cells ( 30 ), each thermopile cell ( 30 ) one each in the substrate ( 1 ) trained cavern ( 9 . 18 ) and a membrane formed above the cavern ( 33 . 33a . 34 ) with several thermopile pairs ( 32 ), wherein the thermopile cells ( 30 ) are laterally formed side by side and contacted together. Verfahren zum Herstellen eines Sensorelementes, mit mindestens folgenden Schritten: Auftragen oder Ausbilden mindestens einer ersten isolierenden Zwischenschicht (2) auf einem Substrat (1), Auftragen und Strukturieren einer ersten Halbleiterschicht (3) aus einem ersten Halbleitermaterial auf der mindestens einen isolierenden Zwischenschicht (2), wobei in der ersten Halbleiterschicht (3) mehrere erste Thermoschenkel (3a) strukturiert werden, Auftragen und Strukturieren mindestens einer zweiten isolierenden Zwischenschicht (4) auf der ersten Halbleiterschicht (3), Auftragen und Strukturieren einer zweiten Halbleiterschicht (6) aus einem zweiten Halbleitermaterial auf der mindestens einen zweiten iso lierenden Zwischenschicht (4) und Strukturieren mehrerer zweiter Thermoschenkel (6a) in der zweiten Halbleiterschicht (6), wobei mehrere Thermopile-Paare (32) aus jeweils einem ersten Thermoschenkel (3a) und einem zweiten Thermoschenkel (6a) gebildet werden, die sich jeweils in mindestens einer Kontaktfläche (37) direkt kontaktieren, Ausbilden einer Kaverne (9, 18) in dem Substrat (1) und einer oberhalb der Kaverne (9, 18) angeordneten Membran (33, 33a, 34), in der eine Thermopile-Struktur (30, 32) aus mehreren Thermopile-Paaren (32) mit jeweils einem ersten und zweiten Thermoschenkel (3a, 6a) und ihren Kontaktflächen (37) aufgenommen ist, wobei das erste Halbleitermaterial und das zweite Halbleitermaterial unterschiedliche Seebeck-Koeffizienten (S1, S2) aufweisen und mit demselben Ladungsträgertyp (n, p) dotiert sind.Method for producing a sensor element, comprising at least the following steps: applying or forming at least one first insulating intermediate layer ( 2 ) on a substrate ( 1 ), Applying and structuring a first semiconductor layer ( 3 ) of a first semiconductor material on the at least one insulating intermediate layer ( 2 ), wherein in the first semiconductor layer ( 3 ) several first thermo legs ( 3a ), applying and structuring at least one second insulating intermediate layer ( 4 ) on the first semiconductor layer ( 3 ), Applying and structuring a second semiconductor layer ( 6 ) of a second semiconductor material on the at least one second iso lierenden interlayer ( 4 ) and structuring a plurality of second thermo legs ( 6a ) in the second semiconductor layer ( 6 ), where several thermopile pairs ( 32 ) each of a first thermo leg ( 3a ) and a second thermo leg ( 6a ) are formed, each in at least one contact surface ( 37 ) contact directly, forming a cavern ( 9 . 18 ) in the substrate ( 1 ) and one above the cavern ( 9 . 18 ) arranged membrane ( 33 . 33a . 34 ) in which a thermopile structure ( 30 . 32 ) of several pairs of thermopiles ( 32 ) each having a first and second thermo leg ( 3a . 6a ) and their contact surfaces ( 37 ), wherein the first semiconductor material and the second semiconductor material have different Seebeck coefficients (S1, S2) and are doped with the same charge carrier type (n, p). Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten isolierenden Zwischenschicht (4) oberhalb der ersten Thermoschenkel (3a) Kontaktöffnungen (5) strukturiert werden, und die zweiten Thermoschenkel (6a) oberhalb der ersten Thermoschenkel (3a) ausgebildet werden derartig, dass die Kontaktflächen (37) in den Kontaktöffnungen (5) ausgebildet werden.Method according to claim 15, characterized in that in the second insulating intermediate layer ( 4 ) above the first thermo leg ( 3a ) Contact openings ( 5 ), and the second thermal legs ( 6a ) above the first thermo leg ( 3a ) are formed such that the contact surfaces ( 37 ) in the contact openings ( 5 ) be formed. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Absorberschicht (8) aus einem Infrarot-Strahlung absorbierenden Material auf der Membran oder als Teil der Membran aufgetragen wird.A method according to claim 15 or 16, characterized in that an absorber layer ( 8th ) is applied from an infrared radiation absorbing material on the membrane or as part of the membrane. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb der zweiten Halbleiterschicht (6) eine isolierende dritte Zwischenschicht (7) aufgetragen wird, und auf der isolierenden dritten Zwischenschicht (7) im Bereich der Memb ran (33, 33a) eine Absorberschicht (8) aufgetragen wird, und ein Kappensubstrat (12) auf dem beschichteten Substrat (1) vakuumdicht befestigt wird derartig, dass die Membran (33, 33a) zwischen der Kaverne (9, 18) des Substrates und einer in dem Kappensubstrat (12) ausgebildeten Kaverne (12a) angeordnet ist.Method according to one of claims 15 to 17, characterized in that above the second semiconductor layer ( 6 ) an insulating third intermediate layer ( 7 ) and on the insulating third intermediate layer ( 7 ) in the area of membrane ( 33 . 33a ) an absorber layer ( 8th ) and a cap substrate ( 12 ) on the coated substrate ( 1 ) is attached vacuum-tight in such a way that the membrane ( 33 . 33a ) between the cavern ( 9 . 18 ) of the substrate and one in the cap substrate ( 12 ) cavern ( 12a ) is arranged. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Halbleiterschicht (6) auf der strukturierten zweiten Zwischenschicht (4) aufgetragen wird, nachfolgend die isolierende dritte Zwischenschicht (7) auf der zweiten Halbleiterschicht (6) aufgetragen wird, nachfolgend Gräben oder Grabenöffnungen durch die Zwischenschichten und Halbleiterschichten bis zum Substrat (1) ausgebildet werden, nachfolgend die Kaverne (9, 18) im Substrat (1) durch zumindest einige der Gräben (16) hindurch silizium-selektiv geätzt wird, nachfolgend die Gräben (16) verschlossen werden.Method according to one of claims 15 to 17, characterized in that the second semiconductor layer ( 6 ) on the structured second intermediate layer ( 4 ), hereinafter the insulating third intermediate layer ( 7 ) on the second semiconductor layer ( 6 ), then trenches or trench openings through the intermediate layers and semiconductor layers to the substrate ( 1 ), subsequently the cavern ( 9 . 18 ) in the substrate ( 1 ) through at least some of the trenches ( 16 ) is silicon-selectively etched, subsequently the trenches ( 16 ) are closed. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ätzen der Kaverne (9, 18) ein Teil der Gräben (15) verschlossen wird und lediglich durch den anderen Teil der Gräben (16) hindurch geätzt wird.A method according to claim 19, characterized in that prior to the etching of the cavern ( 9 . 18 ) a part of the trenches ( 15 ) and only through the other part of the trenches ( 16 ) is etched through. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die verschlossenen Gräben (15, 16) nachfolgend laterale Trennungen der Thermopile-Paare (32) bilden.Method according to claim 19 or 20, characterized in that the closed trenches ( 15 . 16 ) subsequently lateral separations of the thermopile pairs ( 32 ) form. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Thermopile-Zellen (30) ausgebildet werden, die jeweils eine in dem Substrat (1) ausgebildete Kaverne (9, 18) und eine oberhalb der Kaverne ausgebildete Membran (33, 33a, 34) mit mehreren Thermopile-Paaren (32) aufweist, lateral nebeneinander ausgebildet und gemeinsam kontaktiert werden.Method according to one of claims 15 to 21, characterized in that a plurality of thermopile cells ( 30 ), each one in the substrate ( 1 ) trained cavern ( 9 . 18 ) and a membrane formed above the cavern ( 33 . 33a . 34 ) with several thermopile pairs ( 32 ) has laterally formed side by side and contacted together.
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