微納尺度材料賽貝克系數(shù)的測量機構(gòu)及其制備方法技術

本發(fā)明專利技術提供一種微納尺度材料賽貝克系數(shù)的測量機構(gòu)，襯底上設有釋放阻擋帶，釋放阻擋帶內(nèi)封閉有熱隔離腔體；熱隔離腔體的正上方設有一對熱電偶，第一熱偶條和第二熱偶條的材料特性不同；熱隔離腔體的上方一側(cè)設置有第一加熱電阻條，上方另一側(cè)設置有第二加熱電阻條；第一加熱電阻條的電阻值小于第二加熱電阻條的電阻值；第一加熱電阻條的兩端分別連接第二金屬電極和第三金屬電極；第二加熱電阻條的兩端分別連接第四金屬電極和第五金屬電極。第一金屬電極位于第一加熱電阻條之上，第一金屬電極連接第一熱偶條和第二熱偶條的一端。第一熱偶條和第二熱偶條的另一端分別連接第六金屬電極和第七金屬電極。本發(fā)明專利技術用于測量微納尺度材料賽貝克系數(shù)。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及一種測量微納尺度材料性能的機構(gòu)及其制備方法，尤其是一種。
技術介紹
基于溫差電效應(賽貝克效應)的MEMS紅外探測器——MEMS熱電堆紅外探測器是傳感探測領域的一種典型器件，可用于組成溫度傳感器、氣敏傳感器、人體感測系統(tǒng)、防盜報警裝置等。熱電堆紅外探測器與基于其它工作原理的紅外探測器(如熱釋電型紅外探測器和熱敏電阻型紅外探測器等)相比具有可測恒定輻射量、無需加偏置電壓、無需斬波器、更適用于移動應用與野外應用等明顯的綜合優(yōu)點。因而，MEMS熱電堆紅外探測器對于實現(xiàn)更為寬廣的紅外探測應用具有非常重要的意義，其民用、軍用前景廣闊，商業(yè)價值和市場潛力非常巨大。熱電轉(zhuǎn)換材料是熱電堆探測器的敏感元件，也是該探測器最為關鍵的構(gòu)件；賽貝克系數(shù)是表征熱電轉(zhuǎn)換材料熱電性能的參數(shù)，直接決定著熱電堆探測器的性能，因此也是該探測器最為核心的一項參數(shù)。從這個角度講，如何準確測量材料的賽貝克系數(shù)具有重要的現(xiàn)實意義。賽貝克系數(shù)是指在一定溫度梯度條件下材料兩端所產(chǎn)生的開路電壓與材料兩端的溫度差之比。僅從理論上講，賽貝克系數(shù)是一個很容易測量的參量。然而，實際的測量過程中不可避免地會出現(xiàn)測量誤差，有時候誤差會大到嚴重干擾測量結(jié)果準確性的程度。對于MEMS熱電堆紅外探測器而言，其熱電敏感單元的結(jié)構(gòu)尺寸一般為微米量級甚至達到納米量級，這種情況下，基于這些微納米結(jié)構(gòu)的賽貝克系數(shù)的測量就更為困難。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是補充現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種，其結(jié)構(gòu)簡單便于實現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)微納尺度材料賽貝克系數(shù)的測量，同時易于與MEMS熱電堆紅外探測器集成制備，因而其測量結(jié)果可為MEMS熱電堆紅外探測器提供直接的數(shù)值參考，將為基于賽貝克效應的器件性能的標定提供便利條件。本專利技術采用的技術方案是 一種微納尺度材料賽貝克系數(shù)的測量機構(gòu)，包括襯底，所述襯底上設有釋放阻擋帶，所述釋放阻擋帶內(nèi)封閉有熱隔離腔體；所述熱隔離腔體的正上方設有一對熱電偶，即第一熱偶條和第二熱偶條，第一熱偶條和第二熱偶條的材料特性不同；熱隔離腔體的上方一側(cè)設置有第一加熱電阻條，上方另一側(cè)設置有第二加熱電阻條；第一加熱電阻條的電阻值小于第二加熱電阻條的電阻值；所述第一加熱電阻條的兩端分別連接第二金屬電極和第三金屬電極；所述第二加熱電阻條的兩端分別連接第四金屬電極和第五金屬電極。第一金屬電極位于第一加熱電阻條之上，且通過釋放保護膜和電絕緣熱導通結(jié)構(gòu)實現(xiàn)與第一加熱電阻條的電學隔離和熱學導通；所述第一金屬電極連接第一熱偶條的一端和第二熱偶條的一端。第一熱偶條的另一端和第二熱偶條的另一端分別連接第六金屬電極和第七金屬電極；所述第六金屬電極和第七金屬電極位于第二加熱電阻條之上，且通過釋放保護膜和電絕緣熱導通結(jié)構(gòu)實現(xiàn)與第二加熱電阻條的電學隔離和熱學導通。所述熱電偶對中第一熱偶條采用P型摻雜的多晶硅，第二熱偶條采用N型摻雜的多晶硅；或者所述熱電偶對中第一熱偶條采用N型摻雜的多晶硅，第二熱偶條采用P型摻雜的多晶硅。所述第一加熱電阻條的電阻值和第二加熱電阻條的電阻值通過改變加熱電阻條的摻雜濃度和/或調(diào)整加熱電阻條的尺寸參數(shù)得到所需的電阻值。一種微納尺度材料賽貝克系數(shù)的級聯(lián)測量機構(gòu)，包括襯底，所述襯底上設有釋放阻擋帶，所述釋放阻擋帶內(nèi)封閉有熱隔離腔體；熱隔離腔體的上方一側(cè)設置有第一加熱電阻條，上方另一側(cè)設置有第二加熱電阻條；第一加熱電阻條的電阻值小于第二加熱電阻條的電阻值；所述第一加熱電阻條的兩端分別連接第二金屬電極和第三金屬電極；所述第二加熱電阻條的兩端分別連接第四金屬電極和第五金屬電極。所述熱隔離腔體的正上方并行設有多對熱電偶，每對熱電偶包括第一熱偶條和第二熱偶條，第一熱偶條和第二熱偶條的材料特性不同；對應每對熱電偶設置一個第一金屬電極、一個第六金屬電極和一個第七金屬電極。每對熱電偶對應的第一金屬電極位于第一加熱電阻條之上，且通過釋放保護膜和電絕緣熱導通結(jié)構(gòu)實現(xiàn)與第一加熱電阻條的電學隔離和熱學導通；每對熱電偶的第一熱偶條的一端和第二熱偶條的一端連接對應的第一金屬電極。每對熱電偶對應的第六金屬電極和第七金屬電極位于第二加熱電阻條之上，且通過釋放保護膜和電絕緣熱導通結(jié)構(gòu)實現(xiàn)與第二加熱電阻條的電學隔離和熱學導通；每對熱電偶的第一熱偶條的另一端和第二熱偶條的另一端分別連接第六金屬電極和第七金屬電極。多對熱電偶之間形成級聯(lián)連接，本級熱電偶對對應的第六金屬電極連接上一級熱電偶對對應的第七金屬電極；本級熱電偶對對應的第七金屬電極連接下一級熱電偶對對應的第六金屬電極。所述熱電偶對中第一熱偶條采用P型摻雜的多晶硅，第二熱偶條采用N型摻雜的多晶硅；或者所述熱電偶對中第一熱偶條采用N型摻雜的多晶硅，第二熱偶條采用P型摻雜的多晶硅。所述第一加熱電阻條的電阻值和第二加熱電阻條的電阻值通過改變加熱電阻條的摻雜濃度和/或調(diào)整加熱電阻條的尺寸參數(shù)得到所需的電阻值。一種微納尺度材料賽貝克系數(shù)測量機構(gòu)的制備方法，包括以下步驟， (a)步驟，提供襯底，并在所述襯底上形成釋放阻擋帶與介質(zhì)支撐膜； (b)步驟，在上述介質(zhì)支撐膜上設置熱偶條和加熱電阻條，其中加熱電阻條包括第一加熱電阻條和第二加熱電阻條，熱偶條包括第一熱偶條與第二熱偶條，其中第一加熱電阻條和第二加熱電阻條摻雜濃度和/或尺寸參數(shù)不同，使得第一加熱電阻條的電阻值小于第二加熱電阻條的電阻值；第一熱偶條和第二熱偶條的材料特性不同；第一熱偶條和第二熱偶條跨越釋放阻擋帶； (C)步驟，在上述加熱電阻條和熱偶條上方設置釋放保護膜，所述釋放保護膜同時作為金屬與熱偶條、金屬與加熱電阻條之間的電絕緣材料層，其覆蓋的區(qū)域包括除金屬與加熱電阻條連接位置、金屬與熱偶條連接位置以及金屬電極與加熱電阻條交疊位置外的基底上表面所有區(qū)域； (d)步驟，在上述金屬電極與加熱電阻條交疊位置處設置電絕緣熱導通結(jié)構(gòu)； (e)步驟，在上述已制作電絕緣熱導通結(jié)構(gòu)的基底上濺射金屬層，選擇性地掩蔽和刻蝕上述金屬層，實現(xiàn)金屬層的圖形化，形成金屬電極及金屬連接線；金屬電極及金屬連接線包括各金屬電極和金屬電極上的突出部，其中，金屬電極包括第一金屬電極、第二金屬電極、第三金屬電極、第四金屬電極、第五金屬電極、第六金屬電極和第七金屬電極；每個金屬電極上的突出部為金屬連接線，用于和加熱電阻條或熱偶條連接； (f)步驟，選擇性地掩蔽和刻蝕釋放保護膜，以在釋放保護膜上形成介質(zhì)支撐膜刻蝕窗口，利用所述介質(zhì)支撐膜刻蝕窗口對介質(zhì)支撐膜進行刻蝕，直至刻蝕到介質(zhì)支撐膜刻蝕窗口正下方的釋放材料層，以形成腐蝕釋放通道； (g)步驟，利用腐蝕釋放通道腐蝕介質(zhì)支撐膜正下方的釋放材料層，以得到熱隔離腔體。進一步地，所述(a)步驟包括以下子步驟 (a-Ι)子步驟，提供襯底，在襯底上形成襯底保護層，所述襯底保護層為SiO2材料層；在襯底保護層上生長釋放材料層和通孔掩蔽層；所述釋放材料層的材料為多晶硅；通孔掩蔽層的材料為SiO2 ； (a-2)子步驟，在通孔掩蔽層上采用反應離子刻蝕SiO2的方法形成釋放材料層刻蝕窗口，通過釋放材料層刻蝕窗口，采用RIE技術各向異性刻蝕釋放材料層，形成通孔； (a-3)子步驟，去除通孔掩蔽層，隨后在已經(jīng)形成通孔的基底上，淀積生長介質(zhì)支撐膜，所述介質(zhì)支撐膜的材料為SiO2 ;使用SiO2材料完全填本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種微納尺度材料賽貝克系數(shù)的測量機構(gòu)，包括襯底(101)，其特征在于：所述襯底(101)上設有釋放阻擋帶(302)，所述釋放阻擋帶(302)內(nèi)封閉有熱隔離腔體(901)；所述熱隔離腔體(901)的正上方設有一對熱電偶，即第一熱偶條(8)和第二熱偶條(9)，第一熱偶條(8)和第二熱偶條(9)的材料特性不同；熱隔離腔體(901)的上方一側(cè)設置有第一加熱電阻條(10)，上方另一側(cè)設置有第二加熱電阻條(11)；第一加熱電阻條(10)的電阻值小于第二加熱電阻條(11)的電阻值；所述第一加熱電阻條(10)的兩端分別連接第二金屬電極(2)和第三金屬電極(3)；所述第二加熱電阻條(11)的兩端分別連接第四金屬電極(4)和第五金屬電極(5)；第一金屬電極(1)位于第一加熱電阻條(10)之上，且通過釋放保護膜(501)和電絕緣熱導通結(jié)構(gòu)(601)實現(xiàn)與第一加熱電阻條(10)的電學隔離和熱學導通；所述第一金屬電極(1)連接第一熱偶條(8)的一端和第二熱偶條(9)的一端；第一熱偶條(8)的另一端和第二熱偶條(9)的另一端分別連接第六金屬電極(6)和第七金屬電極(7)；所述第六金屬電極(6)和第七金屬電極(7)位于第二加熱電阻條(11)之上，且通過釋放保護膜(501)和電絕緣熱導通結(jié)構(gòu)(601)實現(xiàn)與第二加熱電阻條(11)的電學隔離和熱學導通。...

【技術特征摘要】
1.一種微納尺度材料賽貝克系數(shù)的測量機構(gòu)，包括襯底(101)，其特征在于所述襯底(101)上設有釋放阻擋帶(302)，所述釋放阻擋帶(302)內(nèi)封閉有熱隔離腔體(901);所述熱隔離腔體(901)的正上方設有一對熱電偶，即第一熱偶條(8)和第二熱偶條(9)，第一熱偶條(8)和第二熱偶條(9)的材料特性不同；熱隔離腔體(901)的上方一側(cè)設置有第一加熱電阻條(10)，上方另一側(cè)設置有第二加熱電阻條(11);第一加熱電阻條(10)的電阻值小于第二加熱電阻條(11)的電阻值；所述第一加熱電阻條(10)的兩端分別連接第二金屬電極(2)和第三金屬電極(3);所述第二加熱電阻條(11)的兩端分別連接第四金屬電極(4)和第五金屬電極(5)； 第一金屬電極(I)位于第一加熱電阻條(10)之上，且通過釋放保護膜(501)和電絕緣熱導通結(jié)構(gòu)(601)實現(xiàn)與第一加熱電阻條(10)的電學隔離和熱學導通；所述第一金屬電極(I)連接第一熱偶條(8)的一端和第二熱偶條(9)的一端； 第一熱偶條(8)的另一端和第二熱偶條(9)的另一端分別連接第六金屬電極(6)和第七金屬電極(7);所述第六金屬電極(6)和第七金屬電極(7)位于第二加熱電阻條(11)之上，且通過釋放保護膜(501)和電絕緣熱導通結(jié)構(gòu)(601)實現(xiàn)與第二加熱電阻條(11)的電學隔離和熱學導通。2.如權利要求1所述的微納尺度材料賽貝克系數(shù)的測量機構(gòu)，其特征在于所述熱電偶對中第一熱偶條(8)采用P型摻雜的多晶硅，第二熱偶條(9)采用N型摻雜的多晶硅；或者所述熱電偶對中第一熱偶條(8)采用N型摻雜的多晶硅，第二熱偶條(9)采用P型摻雜的多晶硅。3.如權利要求1或2所述的微納尺度材料賽貝克系數(shù)的測量機構(gòu)，其特征在于所述第一加熱電阻條(10)的電阻值和第二加熱電阻條(11)的電阻值通過改變加熱電阻條(402)的摻雜濃度和/或調(diào)整加熱電阻條(402)的尺寸參數(shù)得到所需的電阻值。4.一種微納尺度材料賽貝克系數(shù)的級聯(lián)測量機構(gòu)，包括襯底(101)，其特征在于所述襯底(101)上設有釋放阻擋帶(302)，所述釋放阻擋帶(302)內(nèi)封閉有熱隔離腔體(901)；熱隔離腔體(901)的上方一側(cè)設置有第一加熱電阻條(10)，上方另一側(cè)設置有第二加熱電阻條(11);第一加熱電阻條(10)的電阻值小于第二加熱電阻條(11)的電阻值；所述第一加熱電阻條(10)的兩端分別連接第二金屬電極(2)和第三金屬電極(3);所述第二加熱電阻條(11)的兩端分別連接第四金屬電極⑷和第五金屬電極(5)； 所述熱隔離腔體(901)的正上方并行設有多對熱電偶，每對熱電偶包括第一熱偶條(8)和第二熱偶條(9)，第一熱偶條(8)和第二熱偶條(9)的材料特性不同；對應每對熱電偶設置一個第一金屬電極(I)、一個第六金屬電極(6)和一個第七金屬電極(7)； 每對熱電偶對應的第一金屬電極(I)位于第一加熱電阻條(10)之上，且通過釋放保護膜(501)和電絕緣熱導通結(jié)構(gòu)(601)實現(xiàn)與第一加熱電阻條(10)的電學隔離和熱學導通；每對熱電偶的第一熱偶條(8)的一端和第二熱偶條(9)的一端連接對應的第一金屬電極⑴; 每對熱電偶對應的第六金屬電極(6)和第七金屬電極(7)位于第二加熱電阻條(11)之上，且通過釋放保護膜(501)和電絕緣熱導通結(jié)構(gòu)(601)實現(xiàn)與第二加熱電阻條(11)的電學隔離和熱學導通；每對熱電偶的第一熱偶條(8)的另一端和第二熱偶條(9)的另一端分別連接第六金屬電極(6)和第七金屬電極(7)；多對熱電偶之間形成級聯(lián)連接，本級熱電偶對對應的第六金屬電極(6)連接上一級熱電偶對對應的第七金屬電極(7);本級熱電偶對對應的第七金屬電極(7)連接下一級熱電偶對對應的第六金屬電極(6)。5.如權利要求4所述的微納尺度材料賽貝克系數(shù)的級聯(lián)測量機構(gòu)，其特征在于所述熱電偶對中第一熱偶條(8)采用P型摻雜的多晶硅，第二熱偶條(9)采用N型摻雜的多晶硅；或者所述熱電偶對中第一熱...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：毛海央，歐文，歐毅，陳大鵬，
申請(專利權)人：江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心，
類型：發(fā)明
國別省市：