[发明专利]具有带有载体元件和多个热电偶的微结构的红外传感器

说明书

技术领域

本发明涉及具有带有载体元件和多个热电偶的微结构的红外传感器。此外，本发明涉及用于制造具有载体元件和多个热电偶的微结构的方法。

背景技术

所述类型的红外传感器和对应的制造方法例如由DE 10 2009 043 413 B3已知。因此，红外传感器可以被构造为三维微结构，在所述微结构中，各个热电偶分别由两个彼此并行取向的半导体棒构成，所述半导体棒自撑地从传感器的载体元件立起（abstehen）。在其自由端部处，两个半导体棒彼此电连接，从而两个半导体棒一起形成双棒。此外，两个半导体棒由具有不同塞贝克系数的材料构成。在所述两个半导体棒之间可以测量所谓的热电力，也即当在双棒的自由端部与处于传感器底部处的其端部之间存在热差时产生的电压，其中在所述自由端部处，两个半导体棒相连接。双棒中的每一个在此情况下可以是红外传感器的图像面中的图像元素（像素）。

这种红外传感器例如可以被装入到热成像相机中。为了保证足够的图像分辨率，在这样的热成像相机中通常使用具有数千个热电偶的红外传感器。为了能够分析热电偶或者为了能够测量在传感器元件之间的热电电压，使用相应的测量电路。由于待分析的传感器元件的高数量，测量电子装置需要很多结构空间。此外，存在在红外传感器芯片和测量电子装置之间的电的和机械的连接的问题。

发明内容

本发明的任务因此是提供开头所述类型的红外传感器，所述红外传感器更紧凑地被构建并且可以更成本低地来制造。

该任务通过具有权利要求1的特征的红外传感器和通过具有权利要求7的特征的方法来解决。本发明的有利的改进方案在从属权利要求中予以说明。

根据本发明的红外传感器包括具有载体元件和多个热电偶的微结构，其中热电偶中的每一个均包括第一传感器元件和第二传感器元件，所述第一传感器元件具有第一塞贝克系数，第二传感器元件具有第二塞贝克系数，其中第一和第二传感器元件从载体元件的前侧穿过载体元件延伸到载体元件的背侧上，并且其中第一和第二传感器元件在载体元件的上侧的区域中彼此电连接，其中载体元件构成用于集成回路的衬底，所述集成回路被构造在载体元件的背侧上并且包括至少一个与第一和第二传感器元件电连接的构件。

红外传感器利用微技术制造方法来制成。红外传感器可以由半导体材料、尤其是硅制成。红外传感器具有多个热电偶。例如，红外传感器可以包括几千个热电偶。热电偶中的每一个均包括两个传感器元件，所述传感器元件具有不同的塞贝克系数。各个传感器元件在此可以棒状地或空心圆柱体状地构造。优选地，各个传感器元件彼此并行地布置并且被构造为使得所述传感器元件基本上垂直地从载体元件的前侧立起。在自由端部处，第一和第二传感器元件分别彼此电连接。传感器元件从自由端部穿过载体元件延伸到载体元件的背侧上。在载体元件的背侧处，可以量取在第一和第二传感器元件之间的热电电压。

载体元件构成用于集成回路的衬底。集成回路被构造在载体元件的背侧上。尤其是，集成回路直接集成到载体元件或半导体材料中。集成回路可以包括一个或多个电子构件，所述电子构件尤其是按照CMOS工艺制成。集成回路的至少一个构件在此与第一和第二传感器元件电连接。集成回路也可以包括相应的印制导线。这能够实现：至少用于热电偶的分析电路的部分被集成在半导体衬底上，其中由所述半导体衬底在微技术上也制成红外传感器。因此，可以实现红外传感器的更紧凑的结构。此外，用于构建和连接技术的步骤的数量被减少。

优选地，至少一个器件被构造用于检测在第一和第二传感器元件之间的电压。红外传感器的各自热电偶的所谓“冷端部”位于载体元件的背侧上。所谓的“热端部”位于传感器元件的自由端部处，在所述自由端部处，所述传感器元件电连接。如果现在在“热端部”和“冷端部”之间存在温差，则形成在第一和第二传感器元件之间的热电电压。该热电电压现在可以直接利用在载体结构的背侧上的相应的器件被进一步处理。因此，每个热电偶的信号可以直接在产生所述信号的地点处被检测。因此，可以减小例如由于长测量线路而可能产生的测量误差。

在一种实施方式中，集成回路包括放大器和/或模拟数字转换器。集成回路也可以包括相应的器件，所述器件被构造用于相应地进一步处理各自的热电偶的信号或热电电压。例如，测量信号可以相应地被放大。为此，放大器可以由晶体管构成，所述晶体管以CMOS工艺来制成。集成回路也可以包括元件，利用所述元件可以数字化测量信号或热电电压。在此也可以设想的是，集成回路包括相应的逻辑元件。这能够实现：在红外传感器或传感器芯片处直接输出一个所准备的信号或多个信号。