[实用新型]一种立体双层结构的热电偶

说明书

技术领域

本实用新型属于温度测量领域，具体是涉及红外感应的温度传感器，尤其是一种热电偶温度传感器。

背景技术

热电堆红外探测器是一种基于塞贝克效应的非制冷红外探测器，随着微机电系统（MEMS）的发展，基于MEMS的热电堆红外探测器也广泛应用起来，包括非接触式温度传感、流体测量、气体传感、加速度传感和交流-直流转换等，而热电堆阵列器件又能应用于红外图像传感和微型光谱仪。

热电堆常用的材料，Bi₂Te₃和Sb₂Te₃，在200℃内拥有最大的品质因素，但不能与CMOS工艺兼容。镍和铬由于低塞贝克系数，也影响由其制备的热电堆的性能。近几年，基于半导体材料（如锗、碳化硅、多晶硅）的热电堆，由于与CMOS工艺兼容而受到广泛关注。传统的与CMOS工艺兼容的热电堆常用单层结构，具有三大缺陷：

1、空间利用率不高，要提高性能就只能增大传感器体积，不利于小型化；

2、热电偶之间用金属线相连，这些金属连接线也会将热从热端导向冷端，而金属的超高热导率会严重影响器件性能；

3、半导体需要掺杂才能具备较强的热电效应，传统热释电红外传感器的n/p两种掺杂只能做在一层半导体上，在烧结的过程两种掺杂的载流子会相互作用影响材料的热电性能，所以n/p掺杂区不能离太近，这将影响热电偶排布的密度。

发明内容

为了解决现有技术缺点，本实用新型提供一种立体双层结构的热电偶。本实用新型的解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种立体双层结构的热电偶，包括n型多晶硅、p型多晶硅、第一金属导电片、第二金属导电片、第三导金属导电片、第四金属导电片、第五金属导电片、第六金属导电片和二氧化硅绝缘层。

用二氧化硅绝缘层将长方体形状的n型多晶硅与外界环境隔离开。在n型多晶硅上方的二氧化硅绝缘层上沉积体积稍小的长方体p型多晶硅，用二氧化硅绝缘层将p型多晶硅与外界隔离开。

在n型多晶硅两端上方的二氧化硅绝缘层上各开一小口，将第一金属导电片和第二金属导电片通过这两个小口分别与n型多晶硅接触。在p性多晶硅两端上方的二氧化硅绝缘层上各开一小口，将第三金属导电片和第四金属导电片通过这两个小口分别与n型多晶硅接触。同侧的第一金属导电片和第三金属导电片用第五金属导电片连接，另一侧的第四金属导电片用第六金属导电片连接，并引入到立体双层结构的热电偶的一侧。

将两个或两个以上的立体双层结构的热电偶并排放置，通过串联方式构成一个热电堆。

两个立体双层结构的热电偶具体的串联方式为，将第一立体双层结构的热电偶的第六金属导电片与第二立体双层结构的热电偶的第二金属导电片接触。

将第一立体双层结构的热电偶的第二金属导电片和第二立体双层结构的热电偶的第六金属导电片分别作为高电极和低电极进行电压输出。

本实用新型的有益效果是：与传统的掺杂多晶硅和铝构成的单层结构热电偶相比，本实用新型的热电偶由一对n型多晶硅和p型多晶硅构成，铝在其中的作用是连接n型和p型多晶硅并输出电压，热量只能在掺杂多晶硅中传输；由于多晶硅相对于铝具有更高的塞贝克系数、更低的热导率，本实用新型所述的热电偶具有更高的温度灵敏度和更大的输出电压；双层结构n/p的两种掺杂在不同材料层，烧结过程不会导致两种载流子的相互作用，因此可以更紧密的排布热电偶，提高空间利用率，进而提高器件的性能。

附图说明

图1为一种立体双层结构的热电偶结构示意图。

图2为两个立体双层结构的热电偶串联示意图。

图3为传统的平面热电偶结构示意图。

具体实施方式

下面结和附图与具体实施方式对本实用新型做进一步说明：

如图1所示，一种立体双层结构的热电偶，包括n型多晶硅1、p型多晶硅2、第一金属导电片3、第二金属导电片4、第三导金属导电片5、第四金属导电片6、第五金属导电片7、第六金属导电片8和二氧化硅绝缘层9。

用二氧化硅绝缘层9将长方体形状的n型多晶硅1与外界环境隔离开。在n型多晶硅1上方的二氧化硅绝缘层9上放置体积稍小的长方体p型多晶硅2，用二氧化硅绝缘层将p型多晶硅2与外界隔离开。