【技術實現步驟摘要】
本公開涉及用于將熱能轉換為電能的設備領域。具體地，本說明書涉及一種基于塞貝克(seeback)效應的集成熱傳感器。特別地，下面描述由串聯連接的多個熱電偶形成的熱傳感器，也稱為熱電堆。
技術介紹
1、眾所周知，熱電堆是一種能夠將紅外區域(1.1至25μm波段)電磁輻射轉換為電信號的設備，可用于多種應用。
2、例如，熱電堆已經被提出用于提供動態成像設備、智能照明系統、智能建筑等各個領域。
3、熱電堆由多個熱電偶通常串聯或不太常見的并聯構成。每個熱電偶由不同的材料的部分構成，當結(junction)暴露在不同的溫度下時產生電壓。
4、圖1示意性地示出了熱電偶1的工作原理。熱電偶1包括第一材料的第一部分2，在其端部(第一端部3和第二端部4)連接到不同材料的兩個第二部分5。
5、第一部分2和第二部分5由不同的材料制成，例如v-vi族材料的金屬或化合物(例如bi、sb、te、se的合金或化合物)。
6、第一部分2的端3和4與第二部分5形成結；例如，第一端3形成感測結(有時也稱為熱結)，并且第二端4形成參考結(有時也稱為冷結)。
7、此外，第二部分5各自具有自由端6；自由端6形成具有電位差δv的輸出，根據塞貝克方程，該電位差δv與存在于感測結3和參考結4之間的溫差δt相關：
8、δv?＝?(sb?–?sa)?δt?＝?s?δt?(1)
9、其中sa和sb是分別與第一端3和第二端4的材料有關的塞貝克系數(或熱電功率)。
10、因此，感測結
11、如圖2所示，熱電堆可以通過串聯連接幾個熱電偶1來形成，其中使用了與圖1相同的參考數字。實際上，熱電堆(由10表示)包括一系列相互交替的第一部分2(第一材料)和第二部分5(第二材料)，連接在感測結3和參考結4上。
12、以這種方式，輸出電壓差由所有熱電偶1的δv之和給出，并且，如果所有熱電偶1的熱結3和冷結4的溫度大致相同(如小型集成傳感器的情況)，對于n個熱電偶1，它是：
13、δv?＝?nsδt?(2)
14、已經提出了使用半導體技術的熱電堆的集成制造，以減小器件的尺寸并允許其在便攜式設備中使用，例如蜂窩電話、平板等。
15、這些解決方案通常提供水平熱電偶的制造，形成在剛性硅基底或柔性塑料基底上的熱電材料薄膜中。然而，這些解決方案通常基于非標準材料的使用和/或需要復雜的處理步驟，并且可能獲得的熱電堆受噪聲影響且靈敏度低。
16、還提出了通過在塑料基底中形成熱電材料區域而具有垂直結構的熱電堆。
17、例如，具有垂直結構的熱電堆在hanna?yousef等人，在2007年12月的journal?ofmicromechanical?systems,第16卷，第6號的“vertical?thermopiles?embedded?in?apolyimide-based?flexible?printed?circuit?board”中描述，如圖3所示。這里，主體12(例如塑料制成，如聚酰亞胺)容納多個熱電偶13，每個熱電偶13包括并排且以相互距離(mutual?distance)布置的第一敏感區域15和第二敏感區域16。
18、第一敏感區域15和第二敏感區域16可以由不同的金屬材料制成，例如通過形成在主體12中的孔中且并聯連接的多根銻線和鎳線。
19、互連件18將每個熱電偶13的第一敏感區域15和第二敏感區域16相互連接，并將不同的熱電偶13串聯連接，形成熱結和冷結。
20、然而，該解決方案在轉換效率方面也容易改進，并且需要相當復雜的制造工藝。
21、通常，在這些和其他已知的解決方案中，為了克服相當低的效率問題，并且為了實現高達數百v/w的效率，在半導體工業中使用非標準材料和/或工藝步驟復雜，并需要復雜和昂貴的機械和措施。
技術實現思路
1、鑒于上述問題，本公開的目的之一在于提供一種熱電堆，以克服了現有技術的缺點。
2、根據本技術，提供了一種集成熱傳感器。
3、本公開涉及一種集成熱傳感器，包括：限定內部空間的殼體；通過內部空間延伸的支撐區域；在內部空間的與支撐區域相對的一側上的吸收層；以及在支撐區域與吸收層之間的多個熱電偶元件，多個熱電偶元件相互電耦合，每個熱電偶元件分別包括第一熱電活性材料的第一熱電活性(active)區域和第二熱電活性材料的第二熱電活性區域，第一熱電活性材料具有第一塞貝克系數，第二熱電活性材料具有與第一塞貝克系數不同的第二塞貝克系數，第一熱電活性區域和第二熱電活性區域中的至少一個是硅基材料的，第一熱電活性區域具有與吸收層接觸的基部，第二熱電活性區域通過第一熱電活性區域的基部與吸收層隔開，每個熱電偶元件的第一熱電活性區域和第二熱電活性區域包括從支撐區域并橫向于支撐區域以相互距離延伸到殼體的內部空間中的相應的細長區域。
4、在一些實施例中，每個熱電偶元件的第二熱電活性區域由第一導電類型的硅，例如外延硅構成，并且每個熱電偶元件的第一熱電活性區域由選自以下材料中的一種構成：第二導電類型的多晶硅、第二導電類型的多晶硅-鍺和金屬。
5、在一些實施例中，每個熱電偶元件是具有第一端和第二端的柱的形狀，并且包括在相應的熱電偶元件的第一熱電活性區域和第二熱電活性區域之間延伸的電絕緣壁，其中每個熱電偶元件在第一端處被接合到支撐區域。
6、在一些實施例中，每個熱電偶元件的電絕緣壁具有環形圍繞相應的第一熱電活性區域的大致圓柱形狀，并且第二熱電活性區域具有環形圍繞相應的電絕緣壁的大致圓柱形狀。
7、在一些實施例中，支撐區域包括絕緣材料層；第一連接線在支撐區域上或在支撐區域中延伸，并且將多個熱電偶元件中的第一熱電偶元件的第一熱電活性區域與多個熱電偶元件中的第二熱電偶元件的第二熱電活性區域電耦合。
8、在一些實施例中，第一熱電活性區域的基部包括半導體材料的連接區域，連接區域在第二端處電耦合每個熱電偶元件的第一熱電活性區域和第二熱電活性區域。
9、在一些實施例中，每個熱電偶元件的連接區域與第一熱電活性區域是一體的。
10、在一些實施例中，殼體包括接合到支撐區域的半導體材料的第一帽和第二帽。
11、在一些實施例中，集成熱傳感器包括具有第一面和第二面的結構層，其中：溝槽延伸穿過結構層并在結構層中分離多個第二熱電活性區域和圍繞多個第二熱電活性區域的框架；第一帽在結構層的第一面上與框架接合，并且第二帽在結構層的第二面上與框架接合；支撐區域在結構層的第二面上延伸；并且第一電連接區域和第二電連接區域被形成在結構層的第一面和第二面上，并且電耦合多個熱電偶元件的第一熱電活性區域和第二熱電活性區域。
12、根據本技術的另一個方面提供了一種器件。該器件包括：基底，具有第一表面和與表面相對的第二表面本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種集成熱傳感器，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的集成熱傳感器，其特征在于，每個熱電偶元件的所述第二熱電活性區域由第一導電類型的硅構成，并且每個熱電偶元件的所述第一熱電活性區域由選自以下材料中的一種構成：第二導電類型的多晶硅、所述第二導電類型的多晶硅-鍺和金屬。
3.根據權利要求1所述的集成熱傳感器，其特征在于，每個熱電偶元件是具有第一端和第二端的柱的形狀，并且包括在相應的熱電偶元件的所述第一熱電活性區域和所述第二熱電活性區域之間延伸的電絕緣壁，其中每個熱電偶元件在所述第一端處被接合到所述支撐區域。
4.根據權利要求3所述的集成熱傳感器，其特征在于，每個熱電偶元件的所述電絕緣壁具有環形圍繞相應的第一熱電活性區域的大致圓柱形狀，并且所述第二熱電活性區域具有環形圍繞相應的電絕緣壁的大致圓柱形狀。
5.根據權利要求3所述的集成熱傳感器，其特征在于，所述支撐區域包括絕緣材料層；第一連接線在所述支撐區域上或在所述支撐區域中延伸，并且將所述多個熱電偶元件中的第一熱電偶元件的所述第一熱電活性區域與所述多個熱電偶元件中的第二熱電偶元
6.根據權利要求3所述的集成熱傳感器，其特征在于，所述第一熱電活性區域的所述基部包括半導體材料的連接區域，所述連接區域在所述第二端處電耦合每個熱電偶元件的所述第一熱電活性區域和所述第二熱電活性區域。
7.根據權利要求6所述的集成熱傳感器，其特征在于，每個熱電偶元件的所述連接區域與所述第一熱電活性區域是一體的。
8.根據權利要求1所述的集成熱傳感器，其特征在于所述殼體包括接合到所述支撐區域的半導體材料的第一帽和第二帽。
9.根據權利要求8所述的集成熱傳感器，其特征在于，包括具有第一面和第二面的結構層，其中：
10.根據權利要求2所述的集成熱傳感器，其特征在于，每個熱電偶元件的所述第二熱電活性區域由外延硅構成。
11.一種器件，其特征在于，包括：
12.根據權利要求11所述的器件，其特征在于，所述連接區域中的至少一個連接區域是耦合到所述器件的殼體的內部或外部的電結構的端部連接區域。
13.根據權利要求11所述的器件，其特征在于，所述第一熱電活性區域是金屬，而所述第二熱電活性區域是硅基半導體材料。
14.根據權利要求11所述的器件，其特征在于，還包括耦合在所述多個熱電偶的第一端的多個金屬接觸線，所述多個金屬接觸線在所述第一熱電活性區域和所述第二熱電活性區域之間交替串聯地將所述多個熱電偶彼此耦合。
...【技術特征摘要】
1.一種集成熱傳感器，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的集成熱傳感器，其特征在于，每個熱電偶元件的所述第二熱電活性區域由第一導電類型的硅構成，并且每個熱電偶元件的所述第一熱電活性區域由選自以下材料中的一種構成：第二導電類型的多晶硅、所述第二導電類型的多晶硅-鍺和金屬。
3.根據權利要求1所述的集成熱傳感器，其特征在于，每個熱電偶元件是具有第一端和第二端的柱的形狀，并且包括在相應的熱電偶元件的所述第一熱電活性區域和所述第二熱電活性區域之間延伸的電絕緣壁，其中每個熱電偶元件在所述第一端處被接合到所述支撐區域。
4.根據權利要求3所述的集成熱傳感器，其特征在于，每個熱電偶元件的所述電絕緣壁具有環形圍繞相應的第一熱電活性區域的大致圓柱形狀，并且所述第二熱電活性區域具有環形圍繞相應的電絕緣壁的大致圓柱形狀。
5.根據權利要求3所述的集成熱傳感器，其特征在于，所述支撐區域包括絕緣材料層；第一連接線在所述支撐區域上或在所述支撐區域中延伸，并且將所述多個熱電偶元件中的第一熱電偶元件的所述第一熱電活性區域與所述多個熱電偶元件中的第二熱電偶元件的第二熱電活性區域電耦合。
6.根據權利要求3所述的集成熱傳感器，其特征在于，所述第一熱電活性區域的所述基部包括...
【專利技術屬性】
技術研發人員：E·杜奇，M·E·卡斯塔尼亞，
申請(專利權)人：意法半導體股份有限公司，
類型：新型
國別省市：
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