利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2020110225276
申请人: 江苏创芯海微科技有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种悬臂梁热电堆,包括热电堆单体,所述热电堆单体包括衬底(1)以及设置于所述衬底(1)正面上方的红外敏感体结构;其特征是:所述红外敏感体结构包括位于衬底(1)正面的器件支撑层(2)、位于所述器件支撑层(2)上的热绝缘层(5)、位于所述热绝缘层(5)上的吸收层(9)以及包裹于热绝缘层(5)与吸收层(9)内的热偶,所述热偶包括若干交替排布的N型热电材料体(3)以及P型热电材料体(4),所述N型热电材料体(3)与P型热电材料体(4)通过热电材料连接体(8)依次串接;

在所述衬底(1)内的上部设置衬底腔(13),所述衬底腔(13)从衬底(1)的正面向所述衬底(1)的背面方向延伸;位于所述衬底腔(13)正上方的热偶形成热电堆热端区,位于所述衬底腔(13)外的热偶形成热电堆冷端区。

2.根据权利要求1所述的悬臂梁热电堆,其特征是:所述器件支撑层(2)为氧化硅、氮化硅或氧化硅-氮化硅-氧化硅的复合层;器件支撑层(2)的厚度为

3.根据权利要求1或2所述的悬臂梁热电堆,其特征是:所述热绝缘层(5)包括氧化硅层,所述热绝缘层(5)的厚度为 吸收层(9)包括氮化硅层、黑金、炭黑、石墨烯或PI纳米森林,所述吸收层(9)的厚度为 热电材料连接体(8)的材料包括Al、Ti、Ni、AlCu、AlCr、NiCu、AlTi、AlSi或CrAu。

4.根据权利要求3所述的悬臂梁热电堆,其特征是:对所述吸收层(9)以及热绝缘层(5)刻蚀得到的衬底释放口(12),利用所述衬底释放口(12)对衬底(1)进行湿法腐蚀时,以在衬底(1)内的上部制备得到衬底腔(13);所述衬底腔(13)的深度为150μm~350μm;所述湿法腐蚀的液体包括TMAH溶液或KOH溶液。

5.根据权利要求1所述的悬臂梁热电堆,其特征是:在衬底(1)上同时制备多个红外敏感体结构,以通过所述红外敏感体结构与衬底(1)配合能得到多个热电堆单体,且得到的多个热电堆单体呈阵列分布;

当多个热电堆单体呈阵列分布时,在衬底(1)上还同时制备与热电堆单体数量相一致的MOSFET器件(29),且在衬底(1)上方还设置偏置电压连接体、MOS器件选通连接组以及输出电压连接组,其中,热电堆单体与MOSFET器件(29)间呈一一对应连接,MOS器件选通连接组内器件选通连接体的数量与阵列中的列数相一致,输出电压连接组内输出电压连接体的数量与阵列中的行数相一致;

所有热电堆单体的负极端(19)与偏置电压连接体连接,热电堆单体的正极端(20)与所对应MOSFET器件(29)的漏极端电连接;同一列MOSFET器件(29)的栅极端与MOS器件选通连接组内相应的器件选通连接体电连接,同一行MOSFET器件(29)的源极端与输出电压连接组内相应的输出电压连接体电连接。

6.根据权利要求1所述的悬臂梁热电堆,其特征是:所述偏置电压连接体、MOS器件选通连接组与热电材料连接体(8)为同一工艺步骤形成;输出电压连接组通过溅射工艺设置在衬底(1)正上方,输出电压连接组的材料包括CrAu,输出电压连接组内输出电压连接体的厚度为

7.根据权利要求1所述的悬臂梁热电堆,其特征是:所述N型热电材料体(3)包括N型热电冷端部(14)、N型热电过渡部(15)以及N型热电热端部(16),N型热电热端部(16)位于衬底腔(13)的正上方,所述N型热电热端部(16)通过N型热电过渡部(15)与N型热电冷端部(14)连接,所述N型热电热端部(16)的宽度大于N型热电冷端部(14)的宽度,所述P型热电材料体(4)包括P型热电热端部(17)以及P型热电冷端部(18),P型热电热端部(17)位于衬底腔(13)的正上方,P型热电热端部(17)的宽度大于P型热电冷端部(18)的宽度;

N型热电材料体(3)能与相邻的P型热电材料体(4)构成热电偶对,对组成热电偶对的N型热电材料体(3)与P型热电材料体(4),N型热电材料体(3)内的N型热电热端部(16)与P型热电材料体(4)内的P型热电热端部(17)相互平行,且N型热电材料体(3)内的N型热电冷端部(14)与P型热电材料体(4)内的P型热电冷端部(18)相互平行,且N型热电材料体(3)内的N型热电热端部(16)与P型热电材料体(4)内的P型热电热端部(17)通过一热电材料连接体(8)电连接。

8.一种悬臂梁热电堆的制备方法,其特征是,所述制备方法包括如下步骤:

步骤1、提供衬底(1),并在所述衬底(1)上制备得到器件支撑层(2);

步骤2、在上述器件支撑层(2)上制备若干N型热电材料体(3)以及P型热电材料体(4),其中,N型热电材料体(3)与P型热电材料体(4)在器件支撑层(2)上交替分布;

步骤3、在上述器件支撑层(2)上制备热绝缘层(5),通过热绝缘层(5)能将所有的N型热电材料体(3)、P型热电材料体(4)压盖在器件支撑层(2)上;

步骤4、对上述的热绝缘层(5)进行刻蚀,以得到热电材料体间连接孔;

步骤5、在上述热绝缘层(5)上方溅射制备得到热电材料连接体(8),所述热电材料连接体(8)填充在热电材料体间连接孔内,且通过热电材料连接体(8)能使得交替分布N型热电材料体(3)与P型热电材料体(4)间依次串接,以形成所需的热偶;

步骤6、在上述热绝缘层(5)的上方制备吸收层(9),所述吸收层(9)覆盖在热绝缘层(5)以及热电材料连接体(8)上;

步骤7、对上述吸收层(9)以及热绝缘层(5)进行刻蚀,以得到贯通吸收层(9)、热绝缘层(5)以及器件支撑层(2)的衬底释放口(12),通过衬底释放口(12)能使得与所述衬底释放口(12)对应的衬底(1)正面露出;

步骤8、利用衬底释放口(12)对衬底(1)进行所需的湿法腐蚀,以在衬底(1)内的上部得到衬底腔(13),所述衬底腔(13)与衬底释放口(12)相互连通;其中,衬底(1)与器件支撑层(2)、热偶、热绝缘层(5)、吸收层(9)配合能形成热电堆单体。

9.根据权利要求8所述悬臂梁热电堆的制备方法,其特征是,在衬底(1)上同时制备多个红外敏感体结构,以通过所述红外敏感体结构与衬底(1)配合能得到多个热电堆单体,且得到的多个热电堆单体呈阵列分布;

当多个热电堆单体呈阵列分布时,在衬底(1)上还同时制备与热电堆单体数量相一致的MOSFET器件(29),且在衬底(1)上方还设置偏置电压连接体、MOS器件选通连接组以及输出电压连接组,其中,热电堆单体与MOSFET器件(29)间呈一一对应连接,MOS器件选通连接组内器件选通连接体的数量与阵列中的列数相一致,输出电压连接组内输出电压连接体的数量与阵列中的行数相一致;

所有热电堆单体的负极端(19)与偏置电压连接体连接,热电堆单体的正极端(20)与所对应MOSFET器件(29)的漏极端电连接;同一列MOSFET器件(29)的栅极端与MOS器件选通连接组内相应的器件选通连接体电连接,同一行MOSFET器件(29)的源极端与输出电压连接组内相应的输出电压连接体电连接。

10.根据权利要求9所述悬臂梁热电堆的制备方法,其特征是,热电材料连接体(8)的材料包括Al、Ti、Ni、AlCu、AlCr、NiCu、AlTi、AlSi或CrAu;所述偏置电压连接体、MOS器件选通连接组与热电材料连接体(8)为同一工艺步骤形成;输出电压连接组通过溅射工艺设置在衬底(1)正上方,输出电压连接组的材料包括CrAu,输出电压连接组内输出电压连接体的厚度为