微机械红外热电堆探测器

阐述了微机械红外热电堆探测器的工作机理以及主要结构 ,并用微机械工艺制作得到 4× 4的探测器阵列 ,该制作工艺与标准IC工艺兼容。在获得的探测器阵列中 ,热电堆支撑结构为氧化硅与氮化硅的介质复合膜 ,热电偶材料采用多晶硅与金属。实验得到的芯片尺寸为 8.5mm× 7.0mm。

微机械非制冷红外热电堆探测器

近年来,非制冷红外探测器应用和开发一直是令人关注的焦点之一,详细介绍了几种现阶段流 行的非制冷热电堆探测器的工艺制作方法以及所用材料,并介绍了近几年来热电堆探测器的发展情况。

面向定量化红外遥感的热电堆探测器定标技术

从红外遥感信息定量化的发展要求出发,分析了测辐射热计、热电堆探测器和热释电探测器的响应特性,选择薄膜热电堆探测器TS-76作为传递标准探测器。搭建高精度光谱响应率定标系统,使用宽波段可调谐激光器和绝对低温辐射计对TS-76探测器的线性、空间均匀性以及重复性进行了标定。按照国际通用不确定度评估规范,对光谱响应率测量结果进行不确定度分析和评估,联合不确定度小于1.5%,并根据实验结果提出实现高精度中远红外辐射定标的技术方案,证明基于热电堆探测器的红外辐射定标技术可以有效缩短标准传递的链路,提高定标的精度。

带有垂直石墨烯的金属热电堆红外探测器

热电堆红外探测器主要是由热电偶为基本单元所构成的一种探测器件,因其原理简单、工作时不需要冷却设备等优势已被广泛应用在生产生活的各个方面.然而,传统热电堆器件所选用材料的吸收率通常处在较低水平,并且大部分与微加工工艺不兼容.在此,本文设计提出了一种带有垂直石墨烯(vertical graphene,VG)的金属热电堆红外探测器.通过等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)生长VG并将其保留在器件的热结处,从而实现热电堆红外探测器的宽带和高响应特性.这种复合结构的探测器在波长792 nm的情况下,室温响应率最高可达1.53 V/W,与没有VG的热电堆红外探测器相比,前后响应结果可增加28倍左右,响应时间缩短至0.8 ms左右.该制备过程与微加工工艺相兼容,同时整体提升了器件性能,并适合于大规模生产.此外,利用表面等离激元共振的原理将VG与金属纳米颗粒相互结合,发现在前后同等条件下材料的光吸收有明显的增强,所产生的热电势响应最高可增6倍.以上结果表明,VG在多种应用中具有巨大的潜力,包括光电检测、微发电装置等,该技术为制备高性能热电堆红外探测器和其他传感器件提供了一种新的途径.

CMOS兼容的微机械热电堆红外探测器阵列研究

通过设计2种不同微机械热电堆红外探测器阵列结构,对微机械热电堆红外探测器阵列性能进行研究.阵列器件采用二维的面阵列结构,单元探测器分别以串联和并联2种方式分别组成阵列,微机械热电堆的热电偶材料采用N型多晶硅和铝,结构支撑膜为氧化硅-氮化硅-氧化硅复合介质膜,悬浮绝热结构通过前端XeF2干法各向同性硅腐蚀工艺制作.采用XeF2干法工艺对器件进行最终释放,器件成品率得到了很大的提高;热电堆的材料及制造工艺都与标准CMOS技术完全兼容,降低了器件的制作成本,并且能够适用于器件的批量生产.试验结果表明:并联方式的阵列可以实现红外探测并行扫描的功能,串联的阵列则可以进一步提高红外探测器的输出电压及探测率,但不能提高器件的响应率.

CMOS工艺兼容的热电堆红外探测器

提出了一种CMOS工艺兼容的、并采用xeF2气体干法刻蚀工艺释放的热电堆红外探测器。探测器包括硅基体、框架、热电堆、支撑臂、红外吸收层、刻蚀开口等。作为红外吸收层的氧化硅／氮化硅复合介质膜具有多种形状的腐蚀开口，使用各向同性的干法刻蚀从正面刻蚀衬底释放器件。探测器尺寸为2mm×2mm，由20对多晶硅-铝热电偶组成，串联电阻16～18kΩ。释放后的器件特性响应率13-15V／W，探测率（1．85～2．15）×10^7cmHz^1/2／W，时间常数20-25ms。

红外探测器TPS434低温、磁场性能研究

以商用高灵敏度红外探测器TPS434为研究对象,测量了其灵敏度随温度(280～10K)、辐射的调制频率、磁场变化(0～6T)的相关信息。从实验结果得到:TPS434的灵敏度随着温度降低而降低,随辐射的调制频率增加而衰减,但是低温下的衰减速率变缓,说明探测器的弛豫时间变短;热电堆的温差电动势在低温下会随磁场发生线性变化,可以通过线性拟合扣除磁场对测量结果的影响。由实验所得数据估算等效噪声功率NEP以及最小可检测功率Pmin,对TPS434作为THz探测器的可行性进行了分析。

圆形热电堆红外探测器的结构优化与仿真分析

为了研究采用热电堆原理制作的红外探测器输出电压与关键结构尺寸之间的影响关系,获得高输出电压,提出一种基于圆形结构的微机电系统(MEMS)热电堆红外探测器,以红外探测器结构尺寸1.8 mm×1.8 mm×0.35 mm,空腔尺寸Ф1.2 mm为建模仿真的研究基础,对红外探测器进行建模,通过改变吸收层覆盖面尺寸、热偶条对数、冷端长度、有无刻蚀规则孔等关键结构尺寸参数,对红外探测器进行热电仿真和热路径分析,最终确定最优红外探测器仿真结果,仿真结果表明,通过改变热电堆红外探测器关键结构尺寸参数,使得设计的红外探测器输出电压值达到125.08μV,与传统四端梁结构比较,极大地提高了红外探测器的输出电压。

CMOS兼容的微机械热电堆红外探测器的设计

提出了一种与CMOS工艺兼容、高响应率、低噪声的微机械热电堆红外探测器。该结构热电偶数目为两对,材料为P/N型多晶硅,吸收层材料为TiN。采用较少热电偶对的方式来降低噪声,引入共振谐振腔结构来提高红外吸收率。阐述了探测器的基本工作原理,通过仿真得到其重要的性能参数,并给出了器件具体的工艺流程,对器件尺寸进行了优化。理论上,其响应率大于1000 V/W,探测率大于2×108cmHz1/2W-1,噪声等效温差小于20mK,时间常数小于10ms,电阻值小于20k。

一种基于悬浮吸收层的双层结构的热电堆红外探测器(英文)

提出一种新颖红外传感器,这种传感器采用悬浮吸收层的双层结构的优势,来实现相对小尺寸下的高探测性能。双层结构采用2种牺牲层材料,分别为聚酰亚胺牺牲层和预埋在热偶条和沉底之间的多晶硅材料。仿真结果证明了该种结构的探测率、响应率和响应时间分别达到2.85×108cm Hz(1/2)/W、1 800 V/W和6 ms。本文给出了该种热电堆红外探测器高度兼容于CMOS工艺的制备流程,使器件的高效量产和低成本生产成为可能。

一种交叉式圆形MEMS热电堆红外探测器

微电子机械系统(MEMS)热电堆红外探测器是非接触测温仪、光谱仪、气体传感器等现代信息探测系统的核心工作器件。研制了一种交叉式排布的圆形热电堆结构,其热偶条形状由传统矩形调整为直角梯形以降低探测器电阻,热端通过交叉式排布延伸至中心温度集中区,同时增大冷端欧姆接触面积并覆盖反射层以降低冷端温度,有效地增大了冷热端温度梯度。测试结果显示,优化后的交叉式圆形MEMS热电堆探测器距黑体辐射面3 cm处响应电压为22.673 mV,响应率为47.5 V/W,探测率为1.01×10^(8)cm·Hz^(1/2)·W^(-1),相对于传统圆形热电堆探测器的18.649 mV、39.1 V/W和0.852 cm·Hz^(1/2)·W^(-1)分别提升了21.57%、21.48%和18.5%。给出了热电堆探测器结构设计、仿真结果、制作工艺以及测试结果,为热电堆红外探测器的优化设计提供了参考。

晶圆级热电堆探测器测试技术的研究

MEMS热电堆红外探测器在消费电子、医疗保健、智能家居、工业等领域的应用越来越广泛,其需求量也日益增加。因此如何降低器件的生产成本争取市场份额便成了器件生产商最关心问题。当前MEMS热电堆红外探测器的测试成本占据了其总成本的一半以上。由于目前测试技术及设备的限制,其测试基本都是由人工逐一完成,从而限制了其成本。针对这一产业需求,研制一种热电堆探测器的批量化自动测试系统具有明确的市场价值。围绕热电堆红外探测器的工作特性,特别是环境温度及激励温度对器件工作的影响,构建了一套针对晶圆级红外热电堆探测器特殊测试需求的批量化测试系统。

Bi_2Te_3－Bi_2Se_3－Sb_2Te_3赝三元热电材料红外热堆探测器

本文所提出的红外辐射探测器是由具有同一个辐射接收面、６对热电偶串联而成．所选用的热电材料为具有高优值系数的Ｂｉ２Ｔｅ３－Ｂｉ２Ｓｅ３－Ｓｂ２Ｔｅ３三八式赝元热电合金材料．通过器件尺寸的优化，取得了较高的灵敏度．文中系统阐述了探测器的制作工艺和器件性能。

采用热电堆红外探测器的监视系统

本发明提供一种采用热电堆红外探测器的监视系统，它包括一个材料采样区、一个红外辐射源、一个热电堆红外探测器和一个加工控制系统。其中，材料采样区用于采集材料样品；红外辐射源用于向采样区发射红外辐射；热电堆红外探测器用于接收透过采样区的红外辐射并产生与材料浓度有关的输出信号；加工控制系统用于接收来自热电堆红外探测器的输出信号，并根据该输出信号对半导体加工系统中的一个或多个加工条件进行控制。

硅热电堆探测器件及制作

针对实现红外技术在夜间和一些死角方面应用的视觉辅助系统,把微机械加工技术和制作微细红外吸收膜的工艺应用到CMOS技术中,使热电堆实现了高性能化。利用运用PSG替代层的分离法制作用低压真空蒸镀法成膜的金黑膜,使吸收膜实现了微细化。制作出三种160μm见方的原型传感器,它们在大气中的灵敏度分别达到300 V/W、140 V/W、60V/W,响应时间常数达 2 ms、0.46ms、0.27 ms。还利用原型传感器制成了 64 ×32像元焦平面列阵传感器(FPA)。

热电堆探测器

Dexter研究中心公司展出ST60和ST60R两种基于硅的热电堆探测器。ST60具有微型TO、TO-5和TO-18三种封装规格，它们的直径分别为4．09mm、9．07mm和5．33mm。ST60R的封装特点是配有一块衍射透镜。这两种热电堆探测器在紫外至远红外波段内都具有平滑的光谱响应，它们的线性信号输出为10^-6至0．1W／cm^2，工作温度范围为-50℃至100℃，可在125℃的高温下短时间暴露。它们的一般响应率为50．5V／w，最低和最高响应率分别为40．7V／w和60．3V／w．

非接触测温热电堆15TP551N及其应用

前言 热电堆是一种热释红外线传感器,它是由热电偶构成的一种器件.目前,它在耳式体温计、放射温度计、电烤炉、食品温度检测等领域中,作为温度检测器件获得了广泛的应用.

MEMS热电堆高温测试系统中单晶材料的红外衰减特性研究

在对PerkinElmer公司的MEMS热电堆红外探测器静态和动态特性实验研究的基础上,本文提出了由MEMS热电堆、红外衰减片、靶体和存储模块组成瞬态表面高温测试装置的方案,对拓宽测温上限的关键元件——红外陶瓷衰减片进行了较深入的研究,用MEMS热电堆测量方法测量了氧化锆陶瓷片红外吸收系数,得出了不同厚度氧化锆(熔点为2715℃)陶瓷片红外衰减倍数曲线,为基于MEMS热电堆的表面高温测试装置的设计提供了依据。

CMOS兼容自对准微机械热电堆红外探测器

微机械热电堆红外探测器由于无需致冷,后续检测电路简单,成本低等优点在许多领域得到了广泛应用。提出了一种采用互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容技术及自对准工艺制作的微机械热电堆红外探测器,以减小微机械热电堆红外探测器的工艺复杂度,减小微小释放孔结构的制作难度。和传统的微机械热电堆红外探测器相比,自对准微机械热电堆红外探测器的释放孔大小是由多晶硅热电偶臂之间的间距确定,而不是由光刻工艺确定。为研究自对准微机械热电堆红外探测器性能和热电堆结构之间的关系,设计并制作了两种不同结构的自对准微机械热电堆红外探测器。测试结果表明方形热电堆结构可以获得大的输出电压及响应率,圆形热电堆结构则可以获得快的响应和大的探测率。

一种双端排布热电堆结构设计与仿真优化

微机电系统(MEMS)红外热电堆是光谱仪、气体传感器、远程温度传感器等现代信息探测系统的核心工作器件,较高的表面利用率和响应度以及更简易的制备工艺将是未来该类器件制造技术的发展趋势。分别采用热偶条双端对称排布、取消红外吸收区、扩大冷端欧姆接触面积、支撑膜边缘开通绝热槽、充分发挥氮化硅钝化与红外吸收双功能作用等设计理念,对热偶条温差分布进行优化,研究热电堆性能的变化规律。采用ANSYS Workbench有限元分析软件对器件进行仿真发现:当传感器设计尺寸为1.5 mm×1.5 mm×0.3 mm,有效面积为1.21 mm^(2),绝热槽为1.1 mm×20μm时,双端开槽的热电堆探测器在具备更低制备成本的同时表现出最优性能。通过与普通双端热电堆性能进行仿真对比,发现绝热槽的引入使得探测器输出电压提升88.5%。这为未来温度传感器的设计制造提供了新颖的思路。