一种抗热冲击的MEMS热电堆芯片.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115996619A(43)申请公布日2023.04.21(21)申请号202211540019.6B81B7/02(2006.01)(22)申请日2022.12.02(71)申请人微集电科技（苏州）有限公司地址215124江苏省苏州市中国（江苏）自由贸易试验区苏州片区苏州金鸡湖大道99号苏州纳米城中北区23幢214室（该地址不得从事零售）(72)发明人侯海港刘军林乔冠军刘桂武郝俊操夏松敏陈杰(74)专利代理机构合肥市泽信专利代理事务所(普通合伙)34144专利代理师潘飞(51)Int.Cl.H10N10/13(2023.01)H10N10/17(2023.01)权利要求书1页说明书12页附图9页(54)发明名称一种抗热冲击的MEMS热电堆芯片(57)摘要本发明属于红外传感器技术领域，具体涉及一种抗热冲击的MEMS热电堆芯片。芯片包括由下至上叠层设置的衬底、支撑层、热电堆层和光学吸收层。热电堆层包括由多个彼此串联的热电偶依次排列进而构成一个双层的热电偶阵列，以及包裹在热电偶阵列外的隔离层。其中，每条热电偶的热结端均位于衬底的中央，形成热结区域；每条热电偶的冷结端均位于靠近衬底周向边缘的区域，形成冷结区域。热电堆中的冷结区域和热结区域均位于对应衬底中镂空部分的区域。各热电偶的冷结端距衬底实心区域距离相同。光学吸收层位于热电堆层上表面对应热结区域的位置。本发明解决了传统MEMS热电堆芯片在温度剧烈变化条件下容易发生热失衡和产生信号过冲现象的问题。CN115996619ACN115996619A权利要求书1/1页1.一种抗热冲击的MEMS热电堆芯片，其包括由下至上叠层设置的衬底、支撑层、热电堆层和光学吸收层；所述衬底中央部分镂空，所述支撑层位于衬底上表面并覆盖所述衬底的镂空部分；所述热电堆层位于支撑层上方；所述热电堆层包括由多个彼此串联的热电偶依次排列进而构成一个双层的热电偶阵列，以及包裹在所述热电偶阵列外的隔离层；其特征在于：在所述热电偶阵列中，每条热电偶的热结端均位于衬底的中央，形成热结区域；每条热电偶的冷结端均位于靠近衬底周向边缘的区域，形成冷结区域；其中，所述热电堆中的冷结区域和热结区域均位于对应衬底中镂空部分的区域；所述光学吸收层位于热电堆层上表面对应热结区域的位置，并采用多孔的表面微结构。2.如权利要求1所述的抗热冲击的MEMS热电堆芯片，其特征在于：所述热电偶阵列中的每个热电偶的冷结端距镂空部分边沿的实心部分的最短距离相同，且为100‑200μm。3.如权利要求1所述的抗热冲击的MEMS热电堆芯片，其特征在于：所述热电堆层上表面设有第一反射层，所述第一反射层覆盖在所述热电偶阵列中的冷结区域上表面；所述第一反射层用于反射照射到冷结区域的外界红外辐射。4.如权利要求3所述的抗热冲击的MEMS热电堆芯片，其特征在于：所述支撑层的上表面设置有第二反射层，所述第二反射层位于对应所述热电偶阵列中的热结区域的局部位置；所述第二反射层用于反射热结区域朝向衬底一侧的红外辐射。5.如权利要求4所述的抗热冲击的MEMS热电堆芯片，其特征在于：所述第一反射层和第二反射层采用由Ag、Au、Cu、Al中的任意一种材料制备而成的单一金属镀层薄膜，或由Ag、Au、Cu、Al中的任意多种材料按照任意顺序和层数叠加形成的复合膜层。6.如权利要求1所述的抗热冲击的MEMS热电堆芯片，其特征在于：所述热电堆层中的热电偶阵列采用内圆外方的中心放射状排列；此时，所述热电堆层中的热结区域位于由各个热电偶靠内一侧的端部构成的圆环区域内；冷结区域位于由各个热电偶靠外一侧的端部构成的方环区域内。7.如权利要求1所述的抗热冲击的MEMS热电堆芯片，其特征在于：所述热电堆层中的热电偶阵列由四个呈直角等腰梯形状分布的热电偶组按照中心对称的方式旋转排列得到；其中，每个热电偶组由多个长度呈伯努利分布状排列的平行的热电偶构成；此时，所述热电堆层中的热结区域位于由各个热电偶靠内一侧的端部构成的十字交叉区域内；冷结区域位于由各个热电偶靠外一侧的端部构成的方环区域内。8.如权利要求1所述的抗热冲击的MEMS热电堆芯片，其特征在于：所述衬底采用硅衬底；所述支撑层为采用氧化硅或氮化硅制备的单一结构层，或采用氧化硅和氮化硅制备的多层复合膜结构层。9.如权利要求1所述的抗热冲击的MEMS热电堆芯片，其特征在于：所述热电堆层中的热电偶阵列的材料选择半导体掺杂多晶硅、铝或金；所述热电偶阵列中的不同热电偶之间采用由氧化硅制备的隔离层进行电气隔离；并由电极材料分别连接各个热电偶的冷结端或热结端形成导电通路。10.如权利要求1所述的抗热冲击的MEMS热电堆芯片，其特征在于：所述光学吸收层采用具有宽吸收谱和高吸收率的黑硅、黑金或黑铂的薄膜。2C