DE102013218682A1

DE102013218682A1 - Thermoelectric sensor

Info

Publication number: DE102013218682A1
Application number: DE201310218682
Authority: DE
Inventors: Harry Hedler; Matthias Schreiter; Jörg Zapf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2015-03-19
Also published as: WO2015039919A2; WO2015039919A3

Abstract

Es wird ein thermoelektrischer Sensor (1, 1i) mit wenigstens einem Sensorelement (1) vorgeschlagen, der eine Kopfelektrode (6), eine Fußelektrode (8) und eine pyroelektrische Schicht (16) aufweist, wobei die Kopfelektrode (6) an einer ersten Seite (15) und die Fußelektrode (8) an einer der ersten Seite (15) abgewandten zweiten Seite (17) der pyroelektrischen Schicht (16) angeordnet ist; wobei das Sensorelement (1) zudem wenigstens einen ersten und einen zweiten elektrischen Fußleiter (12, 14) und wenigstens einen elektrischen Kopfleiter (10) umfasst; wobei der erste und zweite Fußleiter (12, 14) an der Fußelektrode (8) kontaktiert sind und der Kopfleiter (10) an der Kopfelektrode (6) kontaktiert ist; wobei der Kopfleiter (10) und der erste Fußleiter (12) einen im Wesentlichen gleichen ersten Seebeck-Koeffizienten aufweisen und der zweite Fußleiter (14) einen zweiten, vom ersten verschiedenen Seebeck-Koeffizienten aufweist.A thermoelectric sensor (1, 1i) with at least one sensor element (1) is proposed which has a head electrode (6), a foot electrode (8) and a pyroelectric layer (16), the head electrode (6) being on a first side (15) and the foot electrode (8) on one of the first side (15) facing away from the second side (17) of the pyroelectric layer (16) is arranged; wherein the sensor element (1) further comprises at least a first and a second electrical Fußleiter (12, 14) and at least one electrical head conductor (10); the first and second foot conductors (12, 14) being contacted at the foot electrode (8) and the head conductor (10) being contacted at the head electrode (6); wherein the head conductor (10) and the first foot conductor (12) have a substantially same first Seebeck coefficient and the second foot conductor (14) has a second, different from the first Seebeck coefficient.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensorelementanordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. The invention relates to a sensor element arrangement according to the preamble of claim 1.

Die Detektion von infraroter Strahlung gewinnt zunehmend, insbesondere im praktischen Leben, an Bedeutung. Beispielsweise werden Nachsichtgeräte, Bewegungsmelder lebender Objekte und berührungslose Temperaturmessungen, die auf der Detektion von Infrarotstrahlung basieren, genutzt. Zur Detektion von Infrarotstrahlung werden Sensoren bzw. Sensorelemente benötigt, die die thermische Energie der infraroten Strahlung in ein messbares Signal, insbesondere in ein elektrisches Signal, umwandeln. Typischerweise werden nach dem Stand der Technik zwei wesentliche Gruppen von Infrarotdetektoren unterschieden. Hierbei beruht die Einteilung auf dem physikalischen Prinzip der Umsetzung von infraroter Strahlung zu elektrischer Energie. Zu unterscheiden sind Gleichlichtsensoren (CW), die insbesondere eine kontinuierliche Infrarotstrahlung gut nachweisen können und Wechsellichtsensoren (AC), die nur eine Änderung der Intensität der Infrarotstrahlung wahrnehmen. Beiden Sensorgruppen gemeinsam ist, dass sie eine möglichst gute und ausreichende thermische Entkopplung ihres aktiven Elements von ihrer thermischen Umgebung benötigen. The detection of infrared radiation is becoming increasingly important, especially in practical life. For example, indulgence devices, motion detectors of living objects and non-contact temperature measurements based on the detection of infrared radiation are used. For the detection of infrared radiation sensors or sensor elements are required, which convert the thermal energy of the infrared radiation into a measurable signal, in particular into an electrical signal. Typically, the prior art distinguishes two major groups of infrared detectors. Here, the classification is based on the physical principle of the conversion of infrared radiation to electrical energy. A distinction should be made between direct light sensors (CW), which are particularly good at detecting continuous infrared radiation, and alternating light sensors (AC), which only detect a change in the intensity of infrared radiation. Both sensor groups have in common that they require the best possible and sufficient thermal decoupling of their active element from their thermal environment.

Zur erst genannten Gruppe der Gleichlichtsensoren zählen beispielsweise Bolometer, die aufgrund der eingegangen infraroten Strahlung eine Abhängigkeit des elektrischen Widerstandes zeigen und somit auf dem thermoelektrischen Effekt basieren. Zugehörig zur Gruppe der Gleichlichtsensoren sind auch Thermoelemente, die auf dem thermoelektrischen Effekt basieren. Bei der Aufnahme von infraroter Strahlung ergibt sich eine elektrische Spannung am Thermoelement, die abgegriffen werden kann. Hierbei sind die aktiven Elemente die Kontakte des Thermoelements. Werden die genannten physikalischen Eigenschaften der Festkörper gemessen, dann kann auf die Temperatur des Sensorelementes geschlossen werden. Dadurch werden wiederum Rückschlüsse auf die eingegangene bzw. absorbierte infrarote Strahlung ermöglicht. Die genannten Prinzipien sind seit einiger Zeit Stand der Technik und werden beispielsweise in Strahlungsthermometern, insbesondere in Fieberthermometern, und in Nachsichtgeräten verwendet. For example, the first mentioned group of equalization sensors includes bolometers which show a dependence of the electrical resistance on the basis of the received infrared radiation and are thus based on the thermoelectric effect. Belonging to the group of the uniform light sensors are also thermocouples based on the thermoelectric effect. The absorption of infrared radiation results in an electrical voltage at the thermocouple, which can be tapped. Here, the active elements are the contacts of the thermocouple. If the stated physical properties of the solids are measured, then it is possible to deduce the temperature of the sensor element. This in turn allows conclusions to be drawn on or absorbed infrared radiation. The principles mentioned have been state of the art for some time and are used, for example, in radiation thermometers, in particular in clinical thermometers, and in indulgent devices.

Zur zweiten genannten Gruppe sind alle Sensorelemente zugehörig, bei denen eine Änderung der Amplitude bzw. der Intensität der eingestrahlten Infrarotstrahlung einen beispielsweisen elektrisch nachweisbaren Effekt auslöst. Ein Beispiel eines solchen Sensorelementes ist ein pyroelektrischer Sensor, der auf dem pyroelektrischen Effekt basiert. Eine Änderung der infraroten Strahlungsintensität führt bei bestimmten Festkörpern, insbesondere bei dielektrischen Kristallen, zu einer Änderung der elektrischen Polarisation. Diese Änderung kann dann als elektrisches Signal nachgewiesen werden, solange eine Änderung der Intensität der eingehenden infraroten Strahlung auftritt. Hierbei ist das aktive Element des Sensors eine pyroelektrische Schicht. Typischerweise werden solche Wechsellichtsensoren nach dem Stand der Technik als Detektoren für Bewegungsmeldung lebender Objekte angewandt. The second group mentioned all sensor elements are associated, in which a change in the amplitude or the intensity of the irradiated infrared radiation triggers an example of electrically detectable effect. An example of such a sensor element is a pyroelectric sensor based on the pyroelectric effect. A change in the infrared radiation intensity leads to a change in the electrical polarization for certain solids, in particular for dielectric crystals. This change can then be detected as an electrical signal as long as there is a change in the intensity of the incoming infrared radiation. Here, the active element of the sensor is a pyroelectric layer. Typically, such prior art alternating light sensors are used as living object motion detection detectors.

Gemäß der Einteilung der Sensorelemente in die zwei genannten Gruppen, Gleichlichtsensoren und Wechsellichtsensoren, ergeben sich auch unterschiedliche Nachteile. According to the classification of the sensor elements into the two groups mentioned, equal light sensors and alternating light sensors, there are also different disadvantages.

Gleichlichtsensoren erlangen typischerweise erst nach einer Zeitkonstante τ einen repräsentativen Signalwert. Sie nähern sich einem durch die Wärmekapazität und dem thermischen Widerstand bestimmten Signalwert asymptotisch innerhalb der Zeit τ an. Hierbei wird die Zeitkonstante τ generell als eine für das Signal charakteristische Zeit angesehen. Beispielsweise lässt sie sich als Halbwertszeit oder als Konstante in einem Exponenten definieren, damit der von der Zeit abhängige Exponent dimensionslos ist. Die Zeitkonstante τ liegt typischerweise im Bereich von 10 ms bis 100 ms. Nachteilig ist daher die Trägheit von Gleichlichtsensoren, jedoch ist ihr Signal nach dem genannten Einschwingen stabil und repräsentativ für die eingegangene Strahlungsintensität. Impedance sensors typically acquire a representative signal value only after a time constant τ. They approximate to a signal value determined by the heat capacity and the thermal resistance asymptotically within the time τ. Here, the time constant τ is generally regarded as a characteristic time for the signal. For example, it can be defined as a half-life or as a constant in an exponent so that the time-dependent exponent is dimensionless. The time constant τ is typically in the range of 10 ms to 100 ms. The disadvantage, therefore, is the inertia of the indifferent light sensors, but their signal is stable after the aforementioned settling and is representative of the received radiation intensity.

Wechsellichtsensoren reagieren im Unterschied zu Gleichlichtsensoren im Wesentlichen instantan auf das Auftreffen von infraroter Strahlung. Nachteilig ist jedoch, dass ihr Signal bei einem konstanten Andauern der eingehenden Strahlung gemäß einer weiteren Zeitkonstanten des Sensorelements erlischt. Alternating light sensors react essentially instantaneously to the impingement of infrared radiation, in contrast to constant-light sensors. The disadvantage, however, is that their signal goes out at a constant duration of the incoming radiation according to a further time constant of the sensor element.

Die jeweiligen Signalverläufe eines nach dem Stand der Technik typischen Gleichlicht- und Wechsellichtsensors sind in 1 schematisch dargestellt. The respective signal characteristics of a prior art constant and alternating light sensor are shown in FIG 1 shown schematically.

In Tafel 100 ist eine rechteckförmige Erregung 110 eins Gleichlichtsensor, insbesondere eines Thermoelement, durch eine auftreffende bzw. eintreffende infrarote Strahlung dargestellt. Hierbei gibt eine Ordinate 106 die auf das betragsmäßige Maximum der Amplitude normierte Amplitude der Infrarotstrahlung an. Weiterhin zeigt eine Abszisse 104 die Zeit in ms an. An Tafel 102 ist der gesamte Signalverlauf 112, 114 des Thermoelements, der aus der rechteckförmigen Erregung 110 resultiert, dargestellt. Eine Ordinate 108 gibt den auf den maximalen Wert normierten Signalverlauf 112, 114 wieder. Nach einer Zeitkonstante τ erreicht das Signal 112 des Thermoelements, solange die Erregung 110 anhält, einen konstanten und repräsentativen Signalwert. Sinkt die Erregung 110 auf null, so klingt das Signal 114 des Thermoelements gemäß der Zeitkonstante τ ab. In blackboard 100 is a rectangular excitation 110 an equalization sensor, in particular a thermocouple, represented by an incident or incoming infrared radiation. Here is an ordinate 106 the amplitude of the infrared radiation normalized to the maximum amplitude of magnitude. Furthermore shows an abscissa 104 the time in ms. On blackboard 102 is the entire waveform 112 . 114 of the thermocouple resulting from the rectangular excitation 110 results, shown. An ordinate 108 gives the waveform normalized to the maximum value 112 . 114 again. After a time constant τ reaches the signal 112 of the thermocouple, as long as the arousal 110 stops, a constant and representative signal value. Is that sinking? excitement 110 to zero, that sounds like the signal 114 of the thermocouple according to the time constant τ.

Gemäß der Tafel 116 ergibt sich wiederum eine rechteckförmige Erregung 110 durch eine eintreffende infrarote Strahlung, die nun auf einen Wechsellichtsensor, insbesondere auf ein Pyroelement trifft. Eine typische Signalreaktion 112, 124 auf die Erregung 110 des Pyroelements ist in Tafel 118 verdeutlicht. Hierbei zeigt eine Ordinate 120 die auf ihr betragsmäßiges Maximum normierte Amplitude des Pyroelements an. Das Pyroelement reagiert gemäß des Signalverlaufes 122 im Wesentlichen instantan auf das Eintreffen von infraroter Strahlung. Klingt jedoch, da keine weitere Änderung der Erregung 110 stattfindet, rasch wieder auf null ab. Beim erlöschen der Erregung 110, was einer weiteren ausgeprägten Änderung entspricht, nimmt der Signalverlauf 124 die zum Verlauf 122 inversen Werte an. Auch hier tritt anschließend eine rasche Relaxation des Signals 124 auf. According to the board 116 again results in a rectangular excitation 110 by an incoming infrared radiation, which now encounters a changeable light sensor, in particular a pyroelement. A typical signal reaction 112 . 124 on the excitement 110 of the pyro element is in blackboard 118 clarified. This shows an ordinate 120 the amplitude of the pyroelement normalized to its absolute value. The pyroelement reacts according to the signal curve 122 essentially instantaneous to the arrival of infrared radiation. Sounds, however, as no further change in arousal 110 takes place, quickly back to zero. When extinguishing the arousal 110 , which corresponds to another pronounced change, takes the waveform 124 the to the course 122 inverse values. Here, too, occurs a rapid relaxation of the signal 124 on.

Aus 1 sind die genannten Nachteile des Standes der Technik deutlich zu erkennen. Ein Sensor der sowohl im Wesentlichen instantan reagiert als auch konstante Strahlungsintensitäten stabil und repräsentativ detektiert, kann nach dem Stand der Technik nicht realisiert werden. Out 1 the disadvantages of the prior art mentioned are clearly visible. A sensor that reacts both substantially instantaneously and stably and representatively detects constant radiation intensities can not be realized in the prior art.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Sensorelement anzugeben, das im Wesentlichen unabhängig von der zeitlichen Änderung einer eintreffenden infraroten Strahlung den Zustand der Strahlung bzw. der Strahlungsquelle durch sein Sensorsignal widergibt. The object of the present invention is therefore to specify a sensor element which substantially reflects the state of the radiation or of the radiation source by its sensor signal, independently of the temporal change of an incident infrared radiation.

Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben. The object is achieved by an arrangement having the features of the independent claim 1. In the dependent claims advantageous refinements and developments of the invention are given.

Der erfindungsgemäße thermoelektrische Sensor umfasst wenigstens ein Sensorelement, das zur Detektion von infraroter Strahlung vorgesehen ist. Weiterhin umfasst das Sensorelement eine Kopfelektrode, eine Fußelektrode und eine pyroelektrische Schicht, wobei die Kopfelektrode an einer ersten Seite und die Fußelektrode an einer der ersten Seite abgewandten zweiten Seite der pyroelektrischen Schicht angeordnet ist. Die pyroelektrische Schicht liegt somit als abgrenzende Zwischenschicht sandwichartig zwischen der Fuß- und der Kopfelektrode. Überdies umfasst der thermoelektrische Sensor wenigstens einen ersten und zweiten elektrischen Fußleiter und wenigstens einen elektrischen Kopfleiter, wobei beide Fußleiter an der Fußelektrode kontaktiert sind und der Kopfleiter an der Kopfelektrode kontaktiert ist. Erfindungsgemäß weisen der Kopfleiter und der erste Fußleiter einen im Wesentlichen gleichen ersten Seebeck-Koeffizienten auf. Dahingegen weist der zweite Fußleiter einen zweiten, vom ersten verschiedenen Seebeck-Koeffizienten auf. Generell sind die Begriffe Seebeck-Koeffizient, absolute Thermokraft oder schlicht Thermokraft als synonym anzusehen. The thermoelectric sensor according to the invention comprises at least one sensor element which is provided for the detection of infrared radiation. Furthermore, the sensor element comprises a head electrode, a foot electrode and a pyroelectric layer, the head electrode being arranged on a first side and the foot electrode being arranged on a second side of the pyroelectric layer facing away from the first side. The pyroelectric layer is thus sandwiched between the foot and the head electrodes as a delimiting intermediate layer. Moreover, the thermoelectric sensor comprises at least one first and second electric foot conductor and at least one electric head conductor, wherein both foot conductors are contacted at the foot electrode and the head conductor is contacted at the head electrode. According to the invention, the head conductor and the first foot conductor have a substantially identical first Seebeck coefficient. By contrast, the second foot guide has a second, different from the first Seebeck coefficient. In general, the terms Seebeck coefficient, absolute thermo-power or simply thermo-power are to be regarded as synonymous.

Durch den erfindungsgemäßen thermoelektrischen Sensor sind die Vorteile eines Gleich- und Wechsellichtsensors vorteilhaft kombiniert und in einem gemeinsamen Aufbau integriert. Insbesondere werden die Vorteile eines Thermoelements und eines pyroelektrischen Sensors kombiniert. Der pyroelektrische Sensor als Wechsellichtsensor ist durch die pyroelektrische Schicht und durch die Kopf- und Fußelektrode, die beispielsweise auf einer Ober- und Unterseite der pyroelektrischen Schicht angeordnet sind, ausgebildet. Das Thermoelement als Gleichlichtsensor ist durch die erste und die zweite Fußzuleitung realisiert, da diese auf derselben Fußelektrode kontaktiert sind und einen verschiedenen Seebeck-Koeffizienten aufweisen. The advantages of a DC and alternating light sensor are advantageously combined by the thermoelectric sensor according to the invention and integrated in a common structure. In particular, the advantages of a thermocouple and a pyroelectric sensor are combined. The pyroelectric sensor as the alternating light sensor is formed through the pyroelectric layer and through the head and foot electrodes, which are arranged on, for example, an upper and lower side of the pyroelectric layer. The thermocouple as a uniform light sensor is realized by the first and the second foot lead, since they are contacted on the same Fußelektrode and have a different Seebeck coefficient.

Sowohl für den pyroelektrische Sensor als auch für das Thermoelement sind dieselben Elemente des Aufbaus vorgesehen. Vorteilhafterweise werden die elektrischen Zuleitungen des pyroelektrischen Sensors, der erste Fußleiter und der Kopfleiter, auch für das Thermoelement verwendet. Zweckmäßig ist, die Kopfelektrode so anzuordnen, dass eine zu vermessende infrarote Strahlung zunächst auf die Kopfelektrode auftrifft und diese erwärmt. Dadurch ist die Temperatur der Kopfelektrode größer als die der Fußelektrode. Die erste Seite der pyroelektrischen Schicht weist daher gegenüber der zweiten Seite eine erhöhte Temperatur auf. Die pyroelektrische Schicht liegt folgend zwischen zwei verschiedene Temperaturniveaus, so dass sich als Folge eine elektrische Polarisation ausbildet. Die elektrische Polarisation korrespondiert zu einer Spannung, die vorteilhafterweise zwischen dem ersten Fußleiter und dem an der Kopfelektrode kontaktierten Kopfleiter anliegt. Überdies ist erfindungsgemäß für den ersten Fußleiter und den Kopfleiter einen im Wesentlichen gleicher Seebeck-Koeffizient vorgesehen. Vorteilhafterweise wird dadurch keine weitere thermoelektrische Spannung induziert, so dass für die Spannung zwischen dem ersten Fußleiter und dem Kopfleiter allein die pyroelektrische Polarisation maßgebend ist. Both the pyroelectric sensor and the thermocouple have the same elements of construction. Advantageously, the electrical leads of the pyroelectric sensor, the first foot conductor and the head conductor, are also used for the thermocouple. It is expedient to arrange the head electrode so that an infrared radiation to be measured first impinges on the head electrode and heats it. As a result, the temperature of the head electrode is greater than that of the foot electrode. The first side of the pyroelectric layer therefore has an elevated temperature relative to the second side. Following the pyroelectric layer is between two different temperature levels, so that forms as a result of electrical polarization. The electrical polarization corresponds to a voltage which is advantageously applied between the first foot conductor and the head conductor contacted with the head electrode. Moreover, according to the invention, a substantially equal Seebeck coefficient is provided for the first foot conductor and the head conductor. Advantageously, no further thermoelectric voltage is thereby induced, so that only the pyroelectric polarization is decisive for the voltage between the first foot conductor and the head conductor.

Der pyroelektrische Sensor reagiert im Wesentlichen unmittelbar bzw. instantan auf die eintreffende infrarote Strahlung. Vorteilhafterweise weist die pyroelektrische Schicht, die sandwichartig zwischen der Kopf- und Fußelektrode liegt eine Dicke von höchstens 10 µm auf. Dadurch wird die instantane Reaktion des pyroelektrischen Sensors unterstützt. Überdies erweist sich eine geringe thermische Masse der pyroelektrischen Schicht und/oder des pyroelektrischen Sensors als vorteilhaft, da sich bei Verringerung der thermischen Masse und gleichbleibender im Sensor deponierter Wärmemenge die Temperaturdifferenz zwischen Kopf- und Fußelektrode erhöht. Dadurch erhöht sich die aus dem Temperaturunterschied resultierende elektrische Polarisation, so dass sich in Konsequenz das Sensorsignal erhöht. The pyroelectric sensor reacts essentially immediately or instantaneously to the incoming infrared radiation. Advantageously, the pyroelectric layer sandwiched between the top and bottom electrodes has a thickness of at most 10 μm. This supports the instantaneous response of the pyroelectric sensor. Moreover, a low thermal mass of the pyroelectric layer and / or the pyroelectric sensor proves to be advantageous because at Reducing the thermal mass and constant amount of heat deposited in the sensor increases the temperature difference between the top and bottom electrodes. This increases the resulting from the temperature difference electrical polarization, so that increases in consequence, the sensor signal.

Ist die eintreffende infrarote Strahlung von Dauer und beispielsweise für eine bestimmte Zeit konstant, so erwärmen sich auch die pyroelektrische Schicht und die Fußelektrode. Dadurch baut sich die elektrische Polarisation der pyroelektrischen Schicht wieder ab. Allein der Wechsellichtanteil der infraroten Strahlung wird somit durch den pyroelektrischen Sensor erfasst. If the incoming infrared radiation is permanent and, for example, constant for a certain time, the pyroelectric layer and the foot electrode also heat up. As a result, the electrical polarization of the pyroelectric layer degrades again. Only the alternating light component of the infrared radiation is thus detected by the pyroelectric sensor.

Zur Lösung dieses Problems schlägt die vorliegende Erfindung vor zwei Fußleiter, die einen verschiedenen Seebeck-Koeffizienten aufweisen, an der Fußelektrode zu kontaktieren. Durch ein Eintreffen von infraroter Strahlung auf die Kopfelektrode weisen die zwei Fußleiter ein warmes und ein kaltes Ende auf, wobei die warmen Enden an der Fußelektrode angebracht sind. Als Folge der Diffusion von Wärme von der Kopfelektrode zur Fußelektrode besitzt nun die Fußelektrode eine gegenüber der Umgebung erhöhte Temperatur. Dadurch weisen die warmen Enden der Fußleiter eine gegenüber den kalten Enden erhöhte Temperatur auf. Erfindungsgemäß ist für die Beiden Fußleiter ein verschiedener Seebeck-Koeffizient vorgesehen, so dass sich vorteilhafterweise zwischen den kalten Enden der Fußleiter eine Thermokraft bzw. eine thermoelektrische Spannung ergibt. Durch die erfindungsgemäße Kontaktierung von zwei Fußleitern mit verschiedenen Seebeck-Koeffizienten an einer gemeinsamen Fußelektrode wird somit ein Thermoelement im selben technischen Aufbau ausgebildet. Das Thermoelement dient dabei zur Erfassung des Gleichlichtanteils der eintreffenden infraroten Strahlung. To solve this problem, the present invention proposes to contact two foot conductors having a different Seebeck coefficient at the foot electrode. Upon arrival of infrared radiation on the head electrode, the two foot conductors have a warm end and a cold end, with the warm ends attached to the foot electrode. As a result of the diffusion of heat from the head electrode to the foot electrode, the foot electrode now has an elevated temperature relative to the environment. As a result, the warm ends of the foot guide have a higher temperature than the cold ends. According to the invention, a different Seebeck coefficient is provided for the two Fußleiter, so that advantageously results in a thermoelectric power or a thermoelectric voltage between the cold ends of the Fußleiter. The inventive contacting of two Fußleitern with different Seebeck coefficients on a common Fußelektrode thus a thermocouple is formed in the same technical structure. The thermocouple serves to detect the direct light component of the incoming infrared radiation.

Erfindungsgemäß werden daher der Wechsel- und der Gleichlichtanteil der eintreffenden infraroten Strahlung erfasst. Durch die vorteilhafte Kombination der zwei genannten Gruppen von Sensoren in einem Aufbau, wird zudem ein Sensorelement ermöglicht, bei dem die Zeitkonstanten des Wechsel- und Gleichlichtanteils im Wesentlichen gleich sind. Besonders vorteilhaft ist, dass dadurch eine für das Zeitverhalten der eintreffenden Wärmestrahlung repräsentative Erfassung ermöglicht wird. Die Zeitkonstanten sind im Wesentlichen gleich, da im Wesentlichen alle thermischen Kopplungen und/oder Parameter der beiden Sensoren durch den gemeinsamen Aufbau gleich sind. Insbesondere sind die Wärmekapazitäten der Elektroden oder der Zuleitungen für beide Sensoren gleich. Beispielsweise sind auch die Wärmeverluste durch Abstrahlung im Wesentlichen gleich. According to the invention, therefore, the alternating and the direct light component of the incoming infrared radiation are detected. Due to the advantageous combination of the two mentioned groups of sensors in a structure, a sensor element is additionally made possible in which the time constants of the alternating and direct light components are essentially the same. It is particularly advantageous that a detection representative of the time response of the incoming thermal radiation is thereby made possible. The time constants are essentially the same, since essentially all the thermal couplings and / or parameters of the two sensors are the same due to the common structure. In particular, the heat capacities of the electrodes or of the supply lines are the same for both sensors. For example, the heat losses due to radiation are essentially the same.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weisen der erste und der zweite Fußleiter einen bezüglich ihres Vorzeichens inversen Seebeck-Koeffizienten auf. Die thermoelektrische Spannung, die sich zwischen den beiden Fußleitern ergibt, ist proportional zur Differenz der Seebeck-Koeffizienten der jeweiligen Fußleiter. Durch das inverse Vorzeichen der Seebeck-Koeffizienten ist die thermoelektrische Spannung effektiv proportional zur Summe der betragsmäßigen Werte der einzelnen Seebeck-Koeffizienten. Daraus resultiert vorteilhafterweise eine hohe thermoelektrische Spannung, so dass sich das Sensorsignal des Thermoelements erhöht. Zweckmäßig ist jeweils ein betragsmäßiger Seebeck-Koeffizient von wenigstens 100 µV/K. According to an advantageous embodiment of the invention, the first and the second Fußleiter have a respect to their sign inverse Seebeck coefficient. The thermoelectric voltage that results between the two footpads is proportional to the difference in the Seebeck coefficients of the respective footpads. Due to the inverse sign of the Seebeck coefficients, the thermoelectric voltage is effectively proportional to the sum of the magnitude values of the individual Seebeck coefficients. This advantageously results in a high thermoelectric voltage, so that the sensor signal of the thermocouple increases. Suitably, in each case an absolute Seebeck coefficient of at least 100 μV / K.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Sensorelement einen Absorber, der zur Absorption von infraroter Strahlung ausgebildet ist. Durch den Absorber wird die Reflexion zu Gunsten der Absorption von infraroter Strahlung verringert, so dass ein größerer Bruchteil der eintreffenden Strahlung durch das Sensorelement detektiert wird. Vorteilhafterweise ist der Absorber bezogen auf eine Einstrahlrichtung der infraroten Strahlung vor der Kopfelektrode angebracht. Eine Aufbringung des Absorbers auf einer Seite der Kopfelektrode, die der pyroelektrischen Schicht abgewandt ist, ist zweckmäßig. Dadurch trifft die zu vermessende infrarote Strahlung zunächst auf den Absorber und wird durch selbigen absorbiert. Die im Absorber deponierte Wärme bzw. Wärmeenergie der infraroten Strahlung wird dann anschließend an die Kopfelektrode durch einen direkten und/oder indirekten thermischen Kontakt weitergegeben. According to a further advantageous embodiment of the invention, the sensor element comprises an absorber, which is designed to absorb infrared radiation. The absorber reduces the reflection in favor of the absorption of infrared radiation, so that a larger fraction of the incident radiation is detected by the sensor element. Advantageously, the absorber is mounted in front of the head electrode in relation to an irradiation direction of the infrared radiation. An application of the absorber on one side of the head electrode, which faces away from the pyroelectric layer, is expedient. As a result, the infrared radiation to be measured first strikes the absorber and is absorbed by the same. The heat or heat energy of the infrared radiation deposited in the absorber is then passed on to the top electrode by direct and / or indirect thermal contact.

In einer vorteilhaften Weiterbildung umfassen die Fußleiter und umfasst der Kopfleiter eines der Materialien n-dotiertes oder p-dotiertes Polysilizium. Vorteilhafterweise sind die beiden genannten Materialien thermoelektrisch nutzbar und weisen einen von Null verschiedenen Seebeck-Koeffizienten auf. Besonders vorteilhaft ist, dass p-dotiertes und n-dotiertes Polysilizium einen bezüglich ihres Vorzeichens inversen Seebeck-Koeffizienten aufweisen. Denkbar ist auch die Verwendung von weiteren Materialien und/oder Legierungen wie beispielsweise Wismut- und/oder Antimon. In an advantageous development, the foot conductors and the head conductor of one of the materials comprise n-doped or p-doped polysilicon. Advantageously, the two materials mentioned are thermoelectrically usable and have a non-zero Seebeck coefficient. It is particularly advantageous that p-doped and n-doped polysilicon have an inverse Seebeck coefficient with respect to their sign. Also conceivable is the use of other materials and / or alloys such as bismuth and / or antimony.

Vorteilhafterweise ist für den ersten Fußleiter und für den Kopfleiter n-dotiertes Polysilizium vorgesehen. Der zweite Fußleiter umfasst dann p-dotiertes Polysilizium. Dadurch bildet sich eine thermoelektrische Spannung zwischen den beiden Fußleitern aus. Überdies ist besonders vorteilhaft, dass Polysilizium in ausreichenden Mengen vorhanden ist und sich gut für eine Mikrostrukturierung eignet. Advantageously, n-doped polysilicon is provided for the first foot conductor and for the head conductor. The second foot conductor then comprises p-doped polysilicon. This forms a thermoelectric voltage between the two Fußleitern. Moreover, it is particularly advantageous that polysilicon is present in sufficient quantities and is well suited for microstructuring.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine erste Ausleseeinrichtung zum Auslesen einer ersten thermoelektrischen Spannung zwischen dem ersten Fußleiter und dem Kopfleiter vorgesehen. Dadurch wird die pyroelektrische Spannung die dem Wechsellichtanteil der infraroten Strahlung entspricht, ausgelesen. Insbesondere kann die Ausleseeinrichtung ein Voltmeter und/oder eine mikroelektronische Einheit umfassen. Vorteilhafterweise weisen der erste und der zweite Kopfleiter einen im Wesentlich gleichen Seebeck-Koeffizienten auf. Dadurch ergibt sich keine weitere thermoelektrische Spannung, die das Sensorsignal des pyroelektrischen Sensors verfälschen würde. According to an advantageous development, a first read-out device for reading out a first thermoelectric voltage between the first foot conductor and the head conductor is provided. As a result, the pyroelectric voltage which corresponds to the alternating light component of the infrared radiation is read out. In particular, the read-out device may comprise a voltmeter and / or a microelectronic unit. Advantageously, the first and second head conductors have a substantially equal Seebeck coefficient. This results in no further thermoelectric voltage, which would distort the sensor signal of the pyroelectric sensor.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Thermoelektrische Sensor eine zweite Ausleseeinrichtung zum Auslesen einer zweiten thermoelektrischen Spannung auf. Hierbei wird die zweite thermoelektrische Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Fußleiter ausgelesen. Erfindungsgemäß weisen der erste und der zweite Fußleiter einen verschiedenen Seebeck-Koeffizienten auf, so dass die ausgelesen Spannung zur Spannung des Thermoelements korrespondiert. Dadurch wird das Auslesen des Gleichlichtanteils der infraroten Strahlung ermöglicht. Beispielsweise kann die Ausleseeinrichtung ein Voltmeter und/oder mikroelektronische Komponenten umfassen. In an advantageous development of the invention, the thermoelectric sensor has a second read-out device for reading out a second thermoelectric voltage. Here, the second thermoelectric voltage between the first and the second Fußleiter is read. According to the invention, the first and the second foot conductor have a different Seebeck coefficient, so that the read voltage corresponds to the voltage of the thermocouple. This makes it possible to read the direct light component of the infrared radiation. For example, the read-out device may comprise a voltmeter and / or microelectronic components.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Thermoelektrische Sensor eine Verstärkungseinheit zur Verstärkung der ersten und/oder zweiten thermoelektrischen Spannung. Dadurch kann eine zweckmäßige Signalstärke erreicht werden. Insbesondere bei einer anschließenden Aufbereitung bzw. Nachbearbeitung der Signale ist dies von Vorteil. Die Verstärkungseinheit ermöglicht daher eine relative Anpassung der Signalamplituden bzw. der Signalstärken der Signale des Gleich- und Wechsellichtsensors. According to an advantageous embodiment, the thermoelectric sensor comprises an amplifying unit for amplifying the first and / or second thermoelectric voltage. As a result, an appropriate signal strength can be achieved. This is advantageous especially in the case of subsequent processing or post-processing of the signals. The amplification unit therefore enables a relative adaptation of the signal amplitudes or the signal strengths of the signals of the equal and alternating light sensor.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung umfasst der Thermoelektrische Sensor eine Additionseinheit, die zu einer Addition der ersten und der zweiten thermoelektrischen Spannung ausgebildet ist. Dadurch wird ein Summensignal der zu vermessenden infraroten Strahlung gewonnen. Durch die erfindungsgemäße Kombination eines Gleich- und Wechsellichtsensors sind die Zeitkonstanten der beiden genannten Sensoren im Wesentlichen gleich. Durch eine zweckmäßige Normierung der jeweiligen Sensorsignale, beispielsweise durch eine Verstärkungseinheit, und anschließender Addition ergibt sich ein repräsentatives und stabiles Summensignal. Das Summensignal des Thermoelektrischen Sensors gibt den zeitlichen Verlauf der eintreffenden infraroten Strahlung wieder und reagiert sowohl auf eine konstante als auch auf eine kurzzeitige Erregung durch infrarote Strahlung. According to a particularly advantageous development, the thermoelectric sensor comprises an addition unit, which is designed to add the first and the second thermoelectric voltage. As a result, a sum signal of the infrared radiation to be measured is obtained. The inventive combination of a DC and alternating light sensor, the time constants of the two sensors mentioned are substantially equal. By appropriate normalization of the respective sensor signals, for example by an amplification unit, and subsequent addition results in a representative and stable sum signal. The sum signal of the thermoelectric sensor reflects the time course of the incoming infrared radiation and responds both to a constant and to a short-term excitation by infrared radiation.

Dadurch ergibt sich ein Thermoelektrischer Sensor, der die jeweiligen Nachteile der genannten Sensortypen vermeidet und deren Vorteile besonders vorteilhaft kombiniert. This results in a thermoelectric sensor that avoids the respective disadvantages of the sensor types mentioned and combines their advantages particularly advantageous.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der Thermoelektrische Sensor Fuß- und/oder Kopfzuleitungen, die die Fuß- und/oder Kopfleiter umfassen. Dadurch wird ein kompakter, integrierter Aufbau ermöglicht. Vorteilhafterweise umfasst die Fußzuleitung den ersten und den zweiten Fußleiter. Hierbei sind der erste und zweite Fußleiterelektrisch voneinander isoliert in der Fußzuleitung angeordnet. Zudem ist es zweckmäßig, wenn die Kopfzuleitung den Kopfleiter umfasst. Zweckmäßigerweise können die Fuß- und/oder Kopfzuleitungen gegenüber den Fuß- und/oder Kopfleitern weitere Komponenten und/oder Materialien umfassen. Insbesondere ist Siliziumoxid vorteilhaft. Dadurch kann eine gegenüber den Fuß- und Kopfleitern erhöhte mechanische Stabilität erreicht werden. In a further advantageous development of the invention, the thermoelectric sensor comprises foot and / or head feed lines which comprise the foot and / or head conductors. This allows a compact, integrated design. Advantageously, the foot feed line comprises the first and the second foot guide. Here, the first and second Fußleiter are electrically isolated from each other in the Fußzuleitung arranged. In addition, it is expedient if the head supply line comprises the head conductor. Conveniently, the foot and / or head leads may include other components and / or materials over the foot and / or head conductors. In particular, silica is advantageous. As a result, compared to the foot and head conductors increased mechanical stability can be achieved.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bilden die Fuß- und Kopfzuleitungen eine selbstragende dreidimensionale Struktur aus. Hierbei werden beispielsweise die Fuß- und Kopfelektrode, die pyroelektrische Schicht und gegebenenfalls ein Absorber bzw. eine absorbierende Schicht von den Fuß- und Kopfzuleitungen getragen. Dadurch wird ein sich selbstragender dreidimensionaler thermoelektrischer Sensor ausgebildet. Denkbar ist ein durch die Fuß- und Kopfzuleitungen getragener sandwichartiger und/oder plattformartiger pyroelektrischer Sensor, der die Fuß- und Kopfelektrode, die pyroelektrische Schicht und gegebenenfalls einen Absorber im Wesentlichen umfasst. Durch die dreidimensionale Anordnung, die durch die selbstragenden Fuß- und Kopfzuleitungen ermöglicht wird, wird eine gute thermische Entkopplung des thermoelektrischen Sensors von seiner Umgebung erreicht. Dadurch wird eine hohe Signalamplitude ermöglicht. According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the foot and head leads form a self-supporting three-dimensional structure. Here, for example, the foot and head electrode, the pyroelectric layer and optionally an absorber or an absorbent layer are carried by the foot and head leads. As a result, a self-supporting three-dimensional thermoelectric sensor is formed. A conceivable is a sandwich-like and / or platform-type pyroelectric sensor carried by the foot and head feed lines and essentially comprising the foot and head electrodes, the pyroelectric layer and optionally an absorber. The three-dimensional arrangement, which is made possible by the self-supporting foot and head leads, a good thermal decoupling of the thermoelectric sensor is achieved by its environment. This allows a high signal amplitude.

In einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Fuß- und/oder Kopfzuleitungen säulenartig ausgebildet. Säulen bzw. säulenartige Stützen eigenen sich besonders gut für die Ausbildung einer selbstragenden Struktur. Überdies sind Rundsäulen in ihrer Herstellung wenig kompliziert. In an advantageous embodiment, the foot and / or head feed lines are formed like a column. Columns or columnar supports are particularly well suited for the formation of a self-supporting structure. Moreover, round columns are not very complicated in their manufacture.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung sind der erste und der zweite Fußleiter als radial ineinander geschachtelte säulenartige Fußleiterschichten innerhalb der säulenartigen Fußzuleitung ausgebildet. Dadurch ergibt sich eine Fußzuleitung, die die Vorteile eines koaxialen Kabels und einer selbstragenden Struktur kombiniert. Die Fußzuleitung bildet ein koaxiales thermoelektrisches Kabel aus, das wiederum wie eine Säule stabil den pyroelektrischen Sensor trägt. Hierbei sind die beiden Fußleiterschichten beispielsweise durch eine weitere säulenartige Schicht voneinander elektrisch isoliert. Zweckmäßigerweise kann die weitere Schicht Siliziumoxid umfassen. Zweckdienlich ist auch, die säulenartige Fußzuleitung mit einem hohlen Kern auszubilden. Dadurch kann das Gewicht der Fußzuleitung bei im Wesentlich gleichbleibender Stabilität reduziert werden. Die Fußzuleitung kombiniert somit vorteilhafterweise mehrere Vorteile. Sie ermöglicht eine selbstragende Struktur und bildet gleichzeitig durch die Anordnung der beiden Fußleiter ein Thermoelement aus. According to a particularly advantageous development of the first and the second Fußleiter are formed as radially nested columnar Fußleiterschichten within the column-like Fußzuleitung. This results in a Fußzuleitung that combines the advantages of a coaxial cable and a self-supporting structure. The foot feed line forms a coaxial thermoelectric cable which in turn, like a pillar, stably carries the pyroelectric sensor. Here, the two Fußleiterschichten example, by another columnar layer electrically isolated from each other. Conveniently, the further layer may comprise silicon oxide. It is also useful to form the columnar feeder with a hollow core. As a result, the weight of the Fußzuleitung be reduced at substantially constant stability. The foot supply thus advantageously combines several advantages. It allows a self-supporting structure and at the same time forms a thermocouple through the arrangement of the two foot conductors.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist der wenigstens eine Kopfleiter als säulenartige Kopfleiterschicht innerhalb der säulenartigen Kopfzuleitung angeordnet. Dadurch bildet auch die Kopfzuleitung ein thermoelektrisches, koaxiales Kabel aus, das eine selbstragende Struktur ermöglicht. Vorteilhafterweise wird der pyroelektrische Sensor allein durch die Fußzuleitung und die Kopfzuleitung getragen. Denkbar ist auch eine Kopfzuleitung, die einer Fußzuleitung entspricht, wobei aber nur eine Schicht zur Erfassung des pyroelektrischen Sensorsignals verwendet wird. Zweckdienlicherweise umfasst auch die Kopfzuleitung weitere säulenartig ineinander geschachtelte isolierende Schichten. Als isolierende Schicht können mit Luft gefüllte hole Schichten und/oder Schichten die Siliziumoxid umfassen zweckdienlich sein. Aber auch weitere elektrisch nicht leitende und/oder leitende, säulenartige ineinander geschachtelte Schichten sind denkbar. In an advantageous development, the at least one head conductor is arranged as a columnar head conductor layer within the columnar head feed line. As a result, the head feed line forms a thermoelectric, coaxial cable, which allows a self-supporting structure. Advantageously, the pyroelectric sensor is supported solely by the foot feeder and the head feeder. Also conceivable is a head feed line, which corresponds to a foot feed line, but only one layer is used for detecting the pyroelectric sensor signal. Expediently, the head feed line also comprises further columnar nested insulating layers. As the insulating layer, air-filled wells and / or layers comprising silicon oxide may be useful. But also other electrically non-conductive and / or conductive, columnar nested layers are conceivable.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die säulenartigen Fuß- und Kopfzuleitungen einen Durchmesser von höchstens 10 µm und wenigstens 1 µm auf und eine Längsausdehnung im Bereich von 50 µm bis 300 µm auf. Dadurch wird eine Mikrostrukturierung der Fuß- und Kopfzuleitungen ermöglicht. Vorteilhafterweise weist die pyroelektrische Schicht hierbei eine Fläche von beispielsweise wenigstens 50 µm × 50 µm und höchstens 200 µm × 200 µm auf. According to an advantageous embodiment of the invention, the columnar foot and head leads have a diameter of at most 10 microns and at least 1 micron and a longitudinal extent in the range of 50 microns to 300 microns. This allows microstructuring of the foot and head leads. Advantageously, the pyroelectric layer hereby has an area of, for example, at least 50 μm × 50 μm and at most 200 μm × 200 μm.

Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Thermoelektrische Sensoranordnung eine Mehrzahl von thermoelektrischen Sensoren gemäß einem der Ansprüche 9–14, wobei die Sensoren auf einem planen Träger in zwei zueinander senkrechten Richtungen regelmäßig angeordnet sind. Die thermoelektrischen Sensoren bilden somit die Sensorelemente der Thermoelektrischen Sensoranordnung aus. According to a further particularly advantageous embodiment of the invention, the thermoelectric sensor arrangement comprises a plurality of thermoelectric sensors according to one of claims 9-14, wherein the sensors are arranged regularly on a planar support in two mutually perpendicular directions. The thermoelectric sensors thus form the sensor elements of the thermoelectric sensor arrangement.

Die Sensorelemente sind regelmäßig in einer Ebene nebeneinander angeordnet. Dadurch wird ein thermoelektrischer Matrixsensor ermöglicht, bei dem jeder Bildpunkt (Pixel) einem thermoelektrischen Sensor entspricht. Durch eine Mikrostrukturierung ergibt sich daher ein Matrixsensor, der eine hohe Bildpunktdichte aufweist, so dass hochaufgelöste thermische Aufnahmen (HD-Bilder) möglich sind. Beispielsweise umfasst die Sensoranordnung wenigstens 1920 × 1080 Bildpunkte. Überdies ist das Signal des Matrixsensor vorteilhafterweise repräsentativ und unabhängig vom zeitlichen Verlauf der eintreffenden Strahlung, da der Matrixsensor durch die erfindungsgemäßen Vorteile seiner einzelnen Sensoren die Vorteile eines Thermoelements und eines pyroelektrischen Sensors kombiniert. Die eintreffenden infrarote Strahlung wird damit vorteilhafterweise zeitlich und räumlich aufgelöst erfasst. Überdies ermöglicht die selbstragende Struktur eine thermisch gut entkoppelte dreidimensionale Anordnung. Die einzelnen Sensoren stehen beispielsweise tischartig nebeneinander, wobei jedes Sensorelement durch die Fuß- und Kopfzuleitung getragen wird. The sensor elements are regularly arranged in a plane next to each other. This allows a thermoelectric matrix sensor in which each pixel corresponds to a thermoelectric sensor. Microstructuring therefore results in a matrix sensor which has a high pixel density, so that high-resolution thermal recordings (HD images) are possible. By way of example, the sensor arrangement comprises at least 1920 × 1080 pixels. Moreover, the signal of the matrix sensor is advantageously representative and independent of the time course of the incident radiation, since the matrix sensor combines the advantages of a thermocouple and a pyroelectric sensor by the advantages according to the invention of its individual sensors. The incoming infrared radiation is thus advantageously detected temporally and spatially resolved. Moreover, the self-supporting structure enables a thermally well-decoupled three-dimensional arrangement. The individual sensors are, for example, next to each other like a table, with each sensor element being carried by the foot and head supply lines.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Träger Silizium. Silizium eignet sich besonders für eine Mikrostrukturierung. Zudem können elektronische Elemente, wie beispielsweise die erste und/oder zweite Ausleseeinrichtung und/oder die Additionseinheit mikroelektronisch auf dem Siliziumträger angeordnet sein bzw. durch diesen als mikroelektronische Schaltung ausgebildet sein. Generell ist eine Auswertelektronik, beispielsweise Verstärker- und/oder Auswertstufen, auf der Basis von Silizium denkbar. Dadurch werden die Längen von Leitungsbahnen, insbesondere zwischen den einzelnen Sensoren, reduziert, so dass sich ein optimales Signal/Rauschverhältnis ergibt. In a further advantageous embodiment, the carrier comprises silicon. Silicon is particularly suitable for microstructuring. In addition, electronic elements, such as the first and / or second read-out device and / or the addition unit can be arranged microelectronically on the silicon carrier or be formed by this as a microelectronic circuit. In general, an electronic evaluation, such as amplifier and / or evaluation stages, based on silicon conceivable. As a result, the lengths of conductor paths, in particular between the individual sensors, are reduced, resulting in an optimum signal / noise ratio.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von sechs bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die angehängte Zeichnung beschrieben, in der The invention will be described below with reference to six preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, in which

2 die Signalverläufe eines kombinierten thermoelektrischen Sensors illustriert; 2 illustrates the waveforms of a combined thermoelectric sensor;

3 eine schematische seitliche Ansicht des kombinierten thermoelektrischen Sensors zeigt; 3 shows a schematic side view of the combined thermoelectric sensor;

4 eine weitere schematische Anordnung des kombinierten thermoelektrischen Sensors in dreidimensionaler Darstellung verdeutlicht; 4 illustrates a further schematic arrangement of the combined thermoelectric sensor in three-dimensional representation;

5 einen Schnitt durch einen selbstragenden Sensor zeigt; 5 shows a section through a self-supporting sensor;

6 eine aufgeschnittene säulenartige Fußzuleitung dreidimensional darstellt; 6 represents a cut-columnar foot supply in three dimensions;

7 eine dreidimensionale Darstellung einer thermoelektrischen Sensoranordnung mit einer Mehrzahl von Sensoren zeigt. 7 shows a three-dimensional representation of a thermoelectric sensor arrangement with a plurality of sensors.

Elemente mit derselben Bezeichnung und in verschiedenen Ausführungsformen werden mit denselben Bezugszeichen versehen. Elements with the same name and in different embodiments are given the same reference numerals.

In 2 ist der Signalverlauf des Gleichlichtanteil 112, 114, gegeben durch den Beitrag eines Thermoelements 29, und der Wechsellichtanteil 122, 124, gegeben durch einen pyroelektrischen Sensors 30, dargestellt. Hierbei sind erfindungsgemäß die beiden genannten Sensoren 29, 30 derart in einem thermoelektrischen Sensor 1 kombiniert, dass diese im Wesentlichen dieselbe Zeitkonstante 3 aufweisen. Die Sensoren 29, 30 sind in 2 nicht dargestellt. In 2 is the waveform of the DC component 112 . 114 given by the contribution of a thermocouple 29 , and the alternating light component 122 . 124 given by a pyroelectric sensor 30 represented. Here are the two sensors mentioned according to the invention 29 . 30 such in a thermoelectric sensor 1 combined, that this essentially the same time constant 3 exhibit. The sensors 29 . 30 are in 2 not shown.

Eine Tafel 126 zeigt eine rechteckförmige Erregung 110 an, die zu einem idealisierten Amplitudenverlauf einer auf den Sensor 1 eintreffenden infraroten Strahlung 4 korrespondiert. Hierbei gibt eine Ordinate 106 die auf das betragsmäßige Maximum der Amplitude normierte Amplitude der infraroten Strahlung 4 an. Eine Abszisse 104 zeigt jeweils einen Verlauf der One board 126 shows a rectangular excitation 110 which leads to an idealized amplitude characteristic of the sensor 1 incoming infrared radiation 4 corresponds. Here is an ordinate 106 the amplitude of the infrared radiation normalized to the maximum amplitude of magnitude 4 at. An abscissa 104 each shows a course of

Zeit in ms an. Der rechteckförmige Signalverlauf 110 dient als einfaches und exemplarisches Beispiel. Eine gemäß ihrem Zeitverhalten allgemeine Erregung kann stets auf den rechteckförmigen Signalverlauf 110 zurückgeführt werden, indem der Signalverlauf der realen Erregung durch eine Mehrzahl auf einander folgender rechteckförmiger Verläufe genähert wird. Time in ms. The rectangular waveform 110 serves as a simple and exemplary example. A general excitation according to its time behavior can always be based on the rectangular waveform 110 be approximated by the waveform of the real excitation is approximated by a plurality of successive rectangular waveforms.

Eine Tafel 128 zeigt einen Signalverlauf 112, 114 eines Gleichlichtsensors 29, insbesondere eines Thermoelements 29, an. Zudem verdeutlicht Tafel 128 einen Signalverlauf 122, 124 eines Wechsellichtsensors 30, insbesondere eines pyroelektrischen Sensors 30. Die Amplituden der Signalverläufe 112, 114, 122, 124, sind wiederum auf ihren betragsmäßigen maximalen Wert normiert und durch eine Ordinate 132 dargestellt. Aus Tafel 128 lässt sich ableiten, dass eine Zeitkonstante 3 der beiden genannten Sensoren 29, 30 im Wesentlichen gleich ist. Die Gleicheit der Zeitkonstanten 3 für die genannten Typen von Sensoren 29, 30 wird durch einen erfindungsgemäßen thermoelektrischen Sensor 1 ermöglicht. One board 128 shows a waveform 112 . 114 an equalization sensor 29 , in particular a thermocouple 29 , at. In addition, illustrates blackboard 128 a waveform 122 . 124 a change-over sensor 30 , in particular a pyroelectric sensor 30 , The amplitudes of the waveforms 112 . 114 . 122 . 124 , are again normalized to their maximum value and by an ordinate 132 shown. From blackboard 128 can be deduced that a time constant 3 the two mentioned sensors 29 . 30 is essentially the same. The equality of the time constants 3 for the mentioned types of sensors 29 . 30 is achieved by a thermoelectric sensor according to the invention 1 allows.

Innerhalb der charakteristischen Zeit 3 hat das Gleichlichtsignal 112 nach dem Eintreffen der infraroten Strahlung 4 einen stabilen und repräsentativen Wert erreicht. Das Wechsellichtsignal 122 nimmt unmittelbar nach dem Eintreffen der Strahlung 4 seinen maximalen Wert an, klingt aber beim konstant bleiben der Erregung 110 nach der charakteristischen Zeit 3 ab. Beim Erlöschen der Erregung 110, beispielsweise gemäß Tafel 106 bei 100 ms, klingt der Gleichlichtsignalwert 114 wiederum gemäß der Zeitkonstanten 3 ab. Unmittelbar nach dem Erlöschen der Erregung 110 durch die infrarote Strahlung 4 nimmt der Wechsellichtsignalwert 124 einen zum anfänglichen inversen Amplitudenwert an. Klingt dann aber anschließend wiederum gemäß derselben Zeitkonstante 3 ab. Within the characteristic time 3 has the steady signal 112 after the arrival of the infrared radiation 4 achieved a stable and representative value. The alternating light signal 122 takes place immediately after the arrival of the radiation 4 its maximum value, but sounds constant while the arousal remains 110 after the characteristic time 3 from. At extinction of arousal 110 , for example, according to blackboard 106 at 100 ms, the steady signal value sounds 114 again according to the time constant 3 from. Immediately after the cessation of arousal 110 through the infrared radiation 4 takes the alternating light signal value 124 one to the initial inverse amplitude value. But then sounds again then according to the same time constant 3 from.

Tafel 130 zeigt den Gesamtsignalverlauf 134 des erfindungsgemäßen thermoelektrischen Sensors 1 an. Hierbei wurden das normierte Gleichlichtsignal 112, 114 und das normierte Wechsellichtsignal 122, 124, beispielsweise durch eine Additionseinheit, zu jedem einzelnen Zeitpunkt addiert 140. In Tafel 130 gibt eine Ordinate 132 die normierte Amplitude des Gesamtsignalverlaufs 134 wieder. Gemäß Tafel 130 ist zu erkennen, dass durch die erfindungsgemäße Gleichheit der Zeitkonstanten 3 und durch eine anschließende Addition des Gleichlichtsignals 112, 114 und des Wechsellichtsignals 122, 124, der Amplitudenverlauf 110 der infraroten Strahlung 4 repräsentativ wiedergegeben wird. Der kombinierte thermoelektrische Sensor 1 ermöglicht auch im allgemeinen Fall einer zeitlich stetig variablen Erregung einen stabilen und repräsentativen Signalwert. blackboard 130 shows the overall waveform 134 of the thermoelectric sensor according to the invention 1 at. This was the normalized signal 112 . 114 and the normalized alternating light signal 122 . 124 , for example, by an addition unit, added to each individual time 140 , In blackboard 130 gives an ordinate 132 the normalized amplitude of the overall waveform 134 again. As per blackboard 130 It can be seen that by the equality of the time constants according to the invention 3 and by a subsequent addition of the equalization signal 112 . 114 and the alternating light signal 122 . 124 , the amplitude course 110 the infrared radiation 4 is represented representatively. The combined thermoelectric sensor 1 also allows a stable and representative signal value in the general case of a constantly variable excitation.

3 zeigt eine schematische seitliche Ansicht des kombinierten thermoelektrischen Sensors 1. Der kombinierte thermoelektrische Sensor 1 weist ein Thermoelement 29 und einen pyroelektrischen Sensor 30 auf. Weiterhin sind eine erste und zweite Auslesevorrichtung zum auslesen einer ersten und zweiten thermoelektrischen Spannung 32, 34 vorgesehen. Zudem umfasst der kombinierte thermoelektrische Sensor 1 eine Absorberschicht 2 zur Absorption von auf den Sensor 1 eintreffender infraroter Strahlung 4. Die Absorberschicht 2 kann aber auch dem pyroelektrischen Sensor 30 zugeordnet und mit diesem bündig und/oder einteilig ausgeführt sein. 3 shows a schematic side view of the combined thermoelectric sensor 1 , The combined thermoelectric sensor 1 has a thermocouple 29 and a pyroelectric sensor 30 on. Furthermore, a first and second read-out device for reading out a first and second thermoelectric voltage 32 . 34 intended. In addition, the combined thermoelectric sensor includes 1 an absorber layer 2 to absorb on the sensor 1 incoming infrared radiation 4 , The absorber layer 2 but also the pyroelectric sensor 30 be assigned and executed with this flush and / or one-piece.

Das Thermoelement 29 wird durch einen ersten und einen zweiten Fußleiter 12, 14 ausgebildet. Hierbei weisen die Fußleiter 12, 14 einen verschiedenen Seebeck-Koeffizienten bzw. eine verschiedene Thermokraft auf. Hierbei kann wenigstens einer der Fußleiter 12, 14 auch einteilig mit der Fußelektrode ausgeführt sein. Vorteilhaft ist ein betragsmäßiger Seebeck-Koeffizient von wenigstens 100 µV/K. Besonders vorteilhaft ist, die Fußleiter 12, 14 so auszugestalten, dass sie einen bezüglich ihres Vorzeichens inversen Seebeck-Koeffizienten ausweisen. The thermocouple 29 is through a first and a second Fußleiter 12 . 14 educated. Here are the foot ladder 12 . 14 a different Seebeck coefficient or a different thermoelectric force. Here, at least one of the Fußleiter 12 . 14 also be made in one piece with the foot electrode. Advantageous is an absolute Seebeck coefficient of at least 100 μV / K. Particularly advantageous is the foot ladder 12 . 14 in such a way that they exhibit a Seebeck coefficient inverse with respect to their sign.

Der pyroelektrische Sensor 30 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch die pyroelektrische Schicht 16, die Kopfelektrode 6 und Fußelektrode 8 ausgebildet. Erfindungsgemäß ist die Kopfelektrode 6 an einer ersten Seite 15 und die Fußelektrode 8 an einer der ersten Seite 15 abgewandten zweiten Seit 17 der pyroelektrischen Schicht 16 angeordnet. Eine Kopfzuleitung 10 ist an der Kopfelektrode 6 kontaktiert und weist einen zum ersten Fußleiter 12 im Wesentlich gleichen ersten Seebeck-Koeffizienten auf. Hierbei kann der Kopfleiter 10 auch einteilig mit der Kopfelektrode 6 ausgeführt sein. The pyroelectric sensor 30 is in this embodiment by the pyroelectric layer 16 , the head electrode 6 and foot electrode 8th educated. According to the invention, the head electrode 6 on a first page 15 and the foot electrode 8th on one of the first page 15 opposite second side 17 the pyroelectric layer 16 arranged. A head lead 10 is at the head electrode 6 contacted and points to the first guide 12 essentially the same first Seebeck coefficient. Here, the head conductor 10 also in one piece with the head electrode 6 be executed.

Beim Auftreffen von infraroter Strahlung 4 auf die Absorberschicht 2 des Sensors 1 wird die infrarote Strahlung 4 von der Absorberschicht 2 absorbiert und in Wärme gewandelt. Dadurch wird die erste Seite 15 der pyroelektrischen Schicht 16 gegenüber der zweiten Seite 17 erwärmt. Als Folge des Temperaturgradienten zwischen der ersten und zweiten Seite 15, 17 wird durch die pyroelektrisch aktive Schicht 16 eine pyroelektrische Spannung 32 zwischen der Fuß- und Kopfelektrode 8, 6 ausbildet. Diese Wechsellichtspannung 32 kann dann mit einer ersten Auslesevorrichtung, beispielsweise mit einem Voltmeter, zwischen dem ersten Fußleiter 12 und dem Kopfleiter 10 ausgelesen bzw. abgelesen werden. Vorteilhafterweise weisen der erste Fußleiter 12 und der Kopfleiter 10 einen im Wesentlichen gleichen Seebeck-Koeffizient auf, so dass keine zusätzliche Thermospannung induziert wird. Denkbar ist aber auch verschiedene Seebeck-Koeffizienten für den ersten Fußleiter 12 und den Kopfleiter 10 zu verwenden. Upon impact of infrared radiation 4 on the absorber layer 2 of the sensor 1 becomes the infrared radiation 4 from the absorber layer 2 absorbed and transformed into heat. This will be the first page 15 the pyroelectric layer 16 opposite the second page 17 heated. As a consequence of the temperature gradient between the first and second sides 15 . 17 is through the pyroelectric active layer 16 a pyroelectric voltage 32 between the foot and head electrodes 8th . 6 formed. This alternating light tension 32 can then with a first read-out device, for example with a voltmeter, between the first Fußleiter 12 and the head ladder 10 be read out or read. Advantageously, the first Fußleiter 12 and the head ladder 10 a substantially equal Seebeck coefficient, so that no additional thermoelectric voltage is induced. It is also conceivable different Seebeck coefficients for the first Fußleiter 12 and the head ladder 10 to use.

Ein erstes Ende 42, 44 des ersten und zweiten Fußleiters 12, 14 ist an der Fußelektrode 8 kontaktiert. Hierbei kann die Kontaktierung der Enden 42, 44 am selben oder an einem verschiedenen Ort der Fußelektrode 8 ausgeführt sein. Dadurch weisen die Enden der beiden Fußleiter 42, 44 im Wesentlichen dieselbe Temperatur auf. Die Temperatur der Enden 12, 14 ist gegenüber einer Temperatur der zweiten Enden 46, 48 der Fußleiter 12, 14 erhöht. Dadurch und in Verbindung mit den verschiedenen Seebeck-Koeffizienten der Fußleiter 12, 14 ergibt sich eine thermoelektrische Gleichlichtspannung 34. Die Fußleiter 12, 14 bilden somit ein Thermoelement 29 aus. Die beiden in einem Aufbau 1 integrierten Sensoren 29, 30 weisen im Wesentlichen gleiche Zeitkonstanten auf, da alle wesentlichen Elemente durch beide Sensoren 29, 30 verwendet werden. A first end 42 . 44 the first and second foot leader 12 . 14 is at the foot electrode 8th contacted. This can be the contacting of the ends 42 . 44 at the same or at a different location of the foot electrode 8th be executed. This shows the ends of the two foot guides 42 . 44 essentially the same temperature. The temperature of the ends 12 . 14 is opposite to a temperature of the second ends 46 . 48 the foot leader 12 . 14 elevated. This and in conjunction with the various Seebeck coefficients of the Fußleiter 12 . 14 results in a thermoelectric DC voltage 34 , The foot ladder 12 . 14 thus form a thermocouple 29 out. The two in a structure 1 integrated sensors 29 . 30 have substantially the same time constants, since all the essential elements through both sensors 29 . 30 be used.

4 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform des kombinierten thermoelektrischen Sensors 1 in einer dreidimensionalen Ansicht. 4 zeigt wie bereits 3 den pyroelektrischen Sensor 30, die erste und die zweite Fußzuleitung 12, 14 und die Kopfzuleitung 10. Das Thermoelement 29 wird wiederum durch die zwei Fußzuleitungen 12, 14 ausgebildet. Im Gegensatz zu 3 verdeutlicht 4 einen in einem Substrat 21 integrierten Sensor 1. Hierbei umfasst das Substrat 21 Silizium. Die zwei warmen ersten Enden 42, 44 der zwei Fußleiter 12, 14 sind an verschiedenen Ort des pyroelektrischen Sensors 30 kontaktiert. Die kalten zweiten Enden 46, 48 der Fußleiter 12, 14 enden auf den Substrat 21. Der Kopfleiter 10 verläuft von dem pyroelektrischen Sensor 30 zum Substrat 21. Hierbei kann das Substrat 21 weitere mikroelektronische Komponenten zur Auswertung und/oder Weiterverarbeitung von Messsignalen umfassen. In einem Zwischenbereich 27 der zwischen dem pyroelektrischen Sensor 30 und dem Substrat 21 liegt ist eine Membran 28 zur thermischen Entkopplung von den Sensoren 29, 30 und der Membran 28 vorgesehen. Beispielsweise umfasst die Membran 28 Oxide und/oder Nitride. Vorteilhafterweise bildet die Membran 28 eine dünne Schicht 28 aus, deren Dicke höchstens 1 µm beträgt. 4 schematically shows another embodiment of the combined thermoelectric sensor 1 in a three-dimensional view. 4 shows as already 3 the pyroelectric sensor 30 , the first and the second foot feeder 12 . 14 and the head lead 10 , The thermocouple 29 will turn through the two foot leads 12 . 14 educated. In contrast to 3 clarifies 4 one in a substrate 21 integrated sensor 1 , Here, the substrate comprises 21 Silicon. The two warm first ends 42 . 44 the two Fußleiter 12 . 14 are at different location of the pyroelectric sensor 30 contacted. The cold second ends 46 . 48 the foot leader 12 . 14 end up on the substrate 21 , The head ladder 10 runs from the pyroelectric sensor 30 to the substrate 21 , Here, the substrate 21 comprise further microelectronic components for the evaluation and / or further processing of measurement signals. In an intermediate area 27 that between the pyroelectric sensor 30 and the substrate 21 lies is a membrane 28 for thermal decoupling from the sensors 29 . 30 and the membrane 28 intended. For example, the membrane comprises 28 Oxides and / or nitrides. Advantageously, the membrane forms 28 a thin layer 28 whose thickness is at most 1 μm.

5 zeigt einen Schnitt durch einen selbstragenden Sensor 1. Hierbei ist der Sensor 1 tischförmig ausgebildet. 5 weist dieselben Elemente wie 3 und/oder 4 auf. Zusätzlich zu den genannten Figuren zeigt 5 eine Fuß- und Kopfzuleitung 36, 38. Hierbei umfasst die Fußzuleitung 36 die Fußleiter 12, 14. Die Kopfzuleitung 38 ist gleich zur Fußzuleitung 36 ausgeführt und umfasst den Kopfleiter 10. Die Fuß- und Kopfleiter 12, 14, 10 sind als ineinander und gegeneinander isolierte, geschachtelte Fußleiterschichten ausgebildet. Die Fuß- und Kopfzuleitung 36, 38 sind zudem säulenartig ausgeführt. Dadurch wird ein selbstragender Sensor 1 ermöglicht. Die säulenartigen Fuß- und Kopfzuleitungen 36, 38 stehen bezüglich einer Richtung A2 nahezu senkrecht auf den Träger 21. Dadurch verlaufen die säulenartigen Fuß- und Kopfzuleitungen 36, 38 im Wesentlichen parallel zu einer Richtung A3. 5 shows a section through a self-supporting sensor 1 , Here is the sensor 1 shaped like a table. 5 has the same elements as 3 and or 4 on. In addition to the mentioned figures shows 5 a foot and head lead 36 . 38 , Here, the foot supply includes 36 the foot ladder 12 . 14 , The head lead 38 is equal to the foot supply line 36 executed and includes the head conductor 10 , The foot and head ladder 12 . 14 . 10 are formed as nested and mutually insulated, nested Fußleiterschichten. The foot and head lead 36 . 38 are also executed like a columnar. This will be a self-supporting sensor 1 allows. The columnar foot and head leads 36 . 38 are approximately perpendicular to the carrier with respect to a direction A2 21 , As a result, the columnar foot and head leads run 36 . 38 substantially parallel to a direction A3.

Durch die aufrecht stehende selbstragende Ausbildung des kombinierten thermoelektrischen Sensors 1 wird eine gute thermische Entkopplung des Sensors 1 von seiner Umgebung erreicht. Überdies werden die einzelnen Elemente, beispielsweise die Fuß- und Kopfzuleitung, gegeneinander thermisch isoliert. Dadurch wird die Signalqualität erhöht. Due to the upright self-supporting design of the combined thermoelectric sensor 1 becomes a good thermal decoupling of the sensor 1 reached from its surroundings. Moreover, the individual elements, for example the foot and head supply, are thermally insulated from each other. This increases the signal quality.

6 zeigt eine dreidimensionale Darstellung einer aufgeschnittenen Fußzuleitung 36. Hierbei ist die Fußzuleitung 36 säulenartig ausgebildet und der Schnitt liegt in einer Ebene, die durch eine Richtungen A1 und die Richtung A2 aufgespannt wird. Der dargestellte Schnitt liegt somit senkrecht zur Längsausrichtung A3 der säulenartigen Fußzuleitung 36. Ein Durchmesser 41 der Fußzuleitung 36 kann vorteilhafterweise wenigstens 1 µm und höchstens 20 µm betragen. Eine Längsausdehnung 39 der säulenartigen Fußzuleitung 36 liegt vorteilhafterweise in einem Bereich von 50 µm bis 300 µm. Dadurch bildet die säulenartige Fußzuleitung 36 eine Mikrosäule 36 aus. 6 shows a three-dimensional view of a cut foot feeder 36 , Here is the foot feeder 36 formed like a column and the section lies in a plane which is spanned by a directions A1 and the direction A2. The section shown is thus perpendicular to the longitudinal direction A3 of the columnar foot supply line 36 , A diameter 41 the foot feeder 36 may advantageously be at least 1 micron and at most 20 microns. A longitudinal extension 39 the columnar foot feeder 36 is advantageously in a range of 50 microns to 300 microns. This forms the columnar foot feed line 36 a microcolumn 36 out.

Der erste und der zweite Fußleiter 12, 14 sind als radial ineinander geschachtelte säulenartige Fußleiterschichten 12, 14 innerhalb der säulenartigen Fußzuleitung 36 ausgebildet. Als eine zwischen den Fußleitern 12, 14 liegende isolierende Zwischenschicht 20, ist eine Siliziumoxidschicht 20 vorgesehen. Die Siliziumoxidschicht 20 bildet auch die äußerste Schicht 20 des säulenartigen Fußleiters 36 aus. Ein Kern 26 des Fußleiters 36 ist vorteilhafterweise hohl ausgebildet, so dass dieser nur gasförmige Komponenten, insbesondere Luft, umfasst. Denkbar ist aber auch ein fester Kern 26, der beispielsweise Siliziumoxid umfasst. Durch die beschriebene Struktur der Fußzuleitung 36 bildet selbige ein koaxiales thermoelektrisch aktives Kabel 36 aus. Vorteilhafterweise umfasst die erste Fußleiterschicht 12 n-dotiertes und die zweite Fußleiterschicht 14 p-dotiertes Polysilizium. The first and the second Fußleiter 12 . 14 are as radially nested columnar Fußleiterschichten 12 . 14 inside the columnar foot feeder 36 educated. As one between the foot ladders 12 . 14 lying insulating intermediate layer 20 , is a silicon oxide layer 20 intended. The silicon oxide layer 20 also forms the outermost layer 20 of the columnar foot leader 36 out. A core 26 the foot leader 36 is advantageously hollow, so that it comprises only gaseous components, in particular air. It is also conceivable, however, a solid core 26 which comprises, for example, silica. Through the described structure of the feeder 36 selbige forms a coaxial thermoelectric active cable 36 out. Advantageously, the first foot conductor layer comprises 12 n-doped and the second Fußleiterschicht 14 p-doped polysilicon.

Die in 6 nicht gezeigte Kopfzuleitung 38 kann der Fußzuleitung 36 entsprechend ausgebildet sein. Hierbei ist für den Kopfleiter 10 die Fuß- bzw. Kopfzuleitungsschicht 12 vorgesehen. In the 6 not shown head lead 38 can the foot feeder 36 be formed accordingly. This is for the head conductor 10 the foot or head feed layer 12 intended.

7 zeigt eine dreidimensionale Darstellung einer thermoelektrischen Sensoranordnung 1i mit einer Mehrzahl von Sensoren 1. Die kombinierten thermoelektrischen Sensoren 1 sind somit die Sensorelemente 1 der Sensoranordnung 1i. Hierbei sind die Sensorelemente 1 in den zwei zueinander senkrechten Richtungen A1, A2 regelmäßig angeordnet. Dadurch bildet sich eine Matrixstruktur aus, die es ermöglicht eine eintreffende infrarote Strahlung 4 sowohl zeitlich als auch räumlich aufgelöst zu erfassen. Vorteilhafterweise wird somit durch die Sensoranordnung 1i und deren Mikrostrukturierung ein Bildsensor für infrarote Strahlung 4 ermöglicht. 7 shows a three-dimensional representation of a thermoelectric sensor assembly 1i with a plurality of sensors 1 , The combined thermoelectric sensors 1 are thus the sensor elements 1 the sensor arrangement 1i , Here are the sensor elements 1 in the two mutually perpendicular directions A1, A2 arranged regularly. As a result, a matrix structure is formed, which makes it possible to receive incoming infrared radiation 4 both temporally and spatially resolved to capture. Advantageously, therefore, by the sensor arrangement 1i and their microstructuring an infrared radiation image sensor 4 allows.

In 7 ist eine Ausführungsform gemäß 5 für die einzelnen Sensorelemente 1 vorgesehen. Denkbar sind aber auch regelmäßige Sensoranordnung 1i gemäß weiterer Ausführungsformen. Die Fuß- und Kopfzuleitungen 36, 38 bilden in ihrer Gesamtheit eine bürstenartige Struktur aus. Jeder einzelne thermoelektrische Sensor 1 wird hierbei durch jeweils zwei Säulen 36, 38, die den Fuß- und Kopfzuleitungen 36, 38 entsprechen, getragen. Eine Diagonale 58 der Sensorelemente 1 kann vorteilhafterweise im Bereich von 70 µm bis 280 µm liegen. In 7 is an embodiment according to 5 for the individual sensor elements 1 intended. But also conceivable are regular sensor arrangement 1i according to further embodiments. The foot and head leads 36 . 38 in their entirety form a brush-like structure. Every single thermoelectric sensor 1 is here by two columns 36 . 38 covering the foot and head leads 36 . 38 correspond, worn. A diagonal 58 the sensor elements 1 may advantageously be in the range of 70 microns to 280 microns.

Die einzelnen thermoelektrischen Sensoren 1 der Sensoranordnung 1i können durch einen gegenseitigen Abstand 54 zusätzlich gegeneinander thermisch isoliert werden. Hierbei beträgt der Abstand 54 wenigstens 5 µm. Generell ist vorgesehen das ein Zwischenbereich 54, der sich aus dem Abstand 54 eines Sensorelementes 1 zu den direkt anliegenden Sensorelementen ergibt, eine Membran, eine Flüssigkeit und/oder ein Gas umfasst. Dadurch wird eine zusätzliche thermische Entkopplung der Sensorelemente 1 ermöglicht. Dies führt zu einer signifikant erhöhten Empfindlichkeit der Sensoranordnung 1i. Zudem verringert sich das thermische Übersprechen der einzelnen Sensorelemente 1. The individual thermoelectric sensors 1 the sensor arrangement 1i can by a mutual distance 54 additionally be thermally insulated against each other. Here is the distance 54 at least 5 μm. Generally this is an intermediate area 54 that is from the distance 54 a sensor element 1 to the directly adjacent sensor elements results, a membrane, a liquid and / or a gas comprises. As a result, an additional thermal decoupling of the sensor elements 1 allows. This leads to a significantly increased sensitivity of the sensor arrangement 1i , In addition, the thermal crosstalk of the individual sensor elements is reduced 1 ,

Die Sensoranordnung 1i ist auf einen Träger 21, insbesondere auf einen Träger 21 der Silizium umfasst, angeordnet. Dadurch kann eine Auswertelektronik, die die erste und zweite Auslesevorrichtung und/oder die Additionseinheit umfasst, direkt im Siliziumsubstrat 21 integriert werden. Hierbei dient die Auswertelektronik zur Auswertung und/oder zur Weiterverarbeitung der Gleich- und Wechsellichtsignale der einzelnen Sensoren 1. Zudem werden durch die integrierte mikrostrukturierte Bauweise Längen von Leiterbahnen, insbesondere Längen von Leiterbahnen zwischen den einzelnen Sensorelementen 1, signifikant reduziert. Überdies ist vorgesehen, dass Träger 21 Mikroprozessoren umfasst. In der Summe wird dadurch eine kompakte Bauweise der Sensoranordnung 1i ermöglicht. The sensor arrangement 1i is on a carrier 21 , in particular to a carrier 21 the silicon comprises, arranged. As a result, an evaluation electronics, which comprises the first and second read-out device and / or the addition unit, directly in the silicon substrate 21 to get integrated. In this case, the evaluation electronics are used for evaluation and / or for further processing of the DC and alternating light signals of the individual sensors 1 , In addition, the integrated microstructured construction length of printed conductors, in particular lengths of interconnects between the individual sensor elements 1 , significantly reduced. Moreover, it is provided that carrier 21 Includes microprocessors. In sum, this results in a compact design of the sensor arrangement 1i allows.

Claims

Thermoelectric sensor ( 1 . 1i ) with at least one sensor element ( 1 ) for the detection of infrared radiation ( 4 ), wherein the sensor element ( 1 ) - a head electrode ( 6 ), - a foot electrode ( 8th ), And a pyroelectric layer ( 16 ), wherein the head electrode ( 6 ) on a first page ( 15 ) and the foot electrode ( 8th ) on one of the first page ( 15 ) facing away from the second side ( 17 ) of the pyroelectric layer ( 16 ), wherein the sensor element additionally comprises - at least a first and a second electric foot conductor ( 12 . 14 ), - and at least one electrical head conductor ( 10 ), wherein the first and second Fußleiter ( 12 . 14 ) at the foot electrode ( 8th ) and the head conductor ( 10 ) on the head electrode ( 6 ), the head conductor ( 10 ) and the first Fußleiter ( 12 ) have a substantially same first Seebeck coefficient and the second Fußleiter ( 14 ) has a second, different from the first Seebeck coefficient.

Thermoelectric sensor ( 1 . 1i ) according to claim 1, characterized in that the first and the second Fußleiter ( 12 . 14 ) have inverse Seebeck coefficients with respect to the sign.

Thermoelectric sensor ( 1 . 1i ) according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor element comprises an absorber ( 2 ), which is used to absorb infrared radiation ( 4 ) is trained.

Thermoelectric sensor ( 1 . 1i ) according to one of the preceding claims, characterized in that the foot and / or head ladder ( 12 . 14 . 10 ) comprise one of the materials n-doped polysilicon or p-doped polysilicon.

Thermoelectric sensor ( 1 . 1i ) according to one of the preceding claims, having a first read-out device for reading out a first thermoelectric voltage ( 32 ) between the first foot ladder ( 12 ) and the head ladder ( 10 ).

Thermoelectric sensor ( 1 . 1i ) according to one of the preceding claims with a second read-out device for reading a second thermoelectric voltage ( 34 ) between the first foot ladder ( 12 ) and the second guide ( 14 ).

Thermoelectric sensor ( 1 . 1i ) according to claim 5 or 6 with an amplification unit which leads to an amplification of the first and / or second thermoelectric voltage ( 32 . 34 ) is trained.

Thermoelectric sensor ( 1 . 1i ) according to any one of claims 5-7 with an addition unit resulting in addition of the first and second thermoelectric voltages ( 32 . 34 ) is trained.

Thermoelectric sensor ( 1 . 1i ) according to one of the preceding claims with foot and / or head supply lines ( 36 . 38 ), the foot and / or head ladder ( 12 . 14 . 10 ).

Thermoelectric sensor ( 1 . 1i ) according to claim 9, characterized in that the foot and / or head leads ( 36 . 38 ) form a self-supporting three-dimensional structure.

Thermoelectric sensor ( 1 . 1i ) according to claim 10, characterized in that the foot and / or head leads ( 36 . 38 ) are formed like a column.

Thermoelectric sensor ( 1 . 1i ) according to claim 11, wherein the first and the second Fußleiter ( 12 . 14 ) as radially nested columnar Fußleiterschichten ( 12 . 14 ) within the columnar foot lead ( 36 ) are formed.

Thermoelectric sensor ( 1 . 1i ) according to claim 11 or 12, characterized in that the at least one head conductor ( 10 ) as a columnar head conductor layer ( 10 ) within the columnar head lead ( 38 ) is arranged.

Thermoelectric sensor ( 1 . 1i ) according to any one of claims 11-13, characterized in that the columnar foot and / or head leads ( 36 . 38 ) a diameter ( 41 ) in the range of 1 μm to 20 μm and a longitudinal extent ( 39 ) in the range of 50 microns to 300 microns.

Thermoelectric sensor arrangement ( 1i ) with a plurality of sensors ( 1 ) according to one of claims 9-14, which is mounted on a flat carrier ( 21 ) are arranged regularly in two mutually perpendicular directions (A1, A2).

Thermoelectric sensor arrangement ( 1i ) according to claim 15, wherein the carrier ( 21 ) Silicon.